考虑非均匀预紧的螺栓法兰连接双圆柱壳半解析动力学建模与分析

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作者 田亚雄 孙伟 +1 位作者 杜东旭 刘宏浩 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期68-79,共12页

为了研究螺栓连接结构的非均匀预紧对结构振动特性的影响,本文提出了一种螺栓法兰连接双圆柱壳结构的半解析动力学建模方法。首先,考虑非均匀预紧,研究了带法兰的螺栓连接双圆柱壳结构的半解析建模方法,并在建模中考虑了法兰对结构动力... 为了研究螺栓连接结构的非均匀预紧对结构振动特性的影响,本文提出了一种螺栓法兰连接双圆柱壳结构的半解析动力学建模方法。首先,考虑非均匀预紧,研究了带法兰的螺栓连接双圆柱壳结构的半解析建模方法,并在建模中考虑了法兰对结构动力学特性的影响,提出了一种用连接弧来模拟螺栓结合部力学特性的建模方法,对双圆柱壳、法兰、边界条件以及螺栓法兰处连接条件下的能量进行分析,引入正交多项式作为位移容许函数,利用拉格朗日方程建立了螺栓法兰连接双圆柱壳结构的动力学方程;然后,通过组建的试验系统证明了所创建的半解析模型在均匀和非均匀预紧力条件下求解螺栓法兰连接双圆柱壳结构振动特性的合理性;最后,基于所创建的模型分析了非均匀预紧的螺栓位置和完全松动的螺栓数量对双圆柱壳结构的固有特性的影响。研究结果表明:螺栓非均匀预紧幅度降低会导致结构固有频率降低,交叉位置螺栓预紧力减小导致结构固有频率降低幅度更大,松动螺栓数量增加会引起结构固有频率较为均匀地小幅减小,且非均匀预紧和螺栓松动均会引起结构的振型不再沿着周向对称分布。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接 非均匀预紧力 双圆柱壳结构 半解析建模 振动分析

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温度波动对螺栓法兰连接系统垫片应力的影响

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作者 孔靖 邵春雷 《新能源科技》 2024年第1期24-30,共7页

温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系... 温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系统在温度变化时存在着一定的温度滞后现象;当温度波动时,垫片应力随温度的降低而减小,随温度的升高而增大,波动结束后垫片表现出“内紧外松”的应力分布现象。在这一过程中,垫片的热膨胀与温度场的滞后性是垫片应力变化的主要因素。研究结果为螺栓法兰连接系统的进一步优化和改进提供了有力支持。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接系统 温度波动 瞬态温度 垫片应力

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含剪力销(锥)螺栓法兰连接结构非线性特性 被引量：11

3

作者 芦旭 王平 +3 位作者 王建男 昌继海 张宇航 关振群 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期503-511,共9页

连接结构广泛应用于航空航天、化工装备和核电站等大型工业装备中。对于轴弯剪组合作用下的连接结构,需要螺栓、法兰和剪力销的联合工作以抵抗外力。本文针对含剪力销(锥)的螺栓法兰连接结构的动力学问题开展研究,将该类结构抽象为三自... 连接结构广泛应用于航空航天、化工装备和核电站等大型工业装备中。对于轴弯剪组合作用下的连接结构,需要螺栓、法兰和剪力销的联合工作以抵抗外力。本文针对含剪力销(锥)的螺栓法兰连接结构的动力学问题开展研究,将该类结构抽象为三自由度的质量-双线性弹簧系统,建立非线性动力学模型的数学列式,并进行数值求解。重点研究该系统在横向冲击(剪力)下的动力学特性。通过理论分析与数值计算,指出该非线性系统存在3个方向自由度全耦合的振动现象,并阐述该系统自由度的解耦条件;对纵向振动与横向错动的耦合振动频率关系进行讨论并分析其相互联系;研究剪力销倾角对螺栓最大轴向拉力的影响规律并给出关系曲线,指出其最佳设计角度区间。 展开更多

关键词 剪力销(锥) 螺栓法兰连接 简化动力学模型 耦合振动 非线性

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参数化建模的螺栓法兰连接刚度分析 被引量：11

4

作者 蒋国庆 李家文 唐国金 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期180-184,共5页

为分析几何参数对螺栓法兰连接刚度的影响,用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)建立了螺栓法兰连接的参数化模型。研究了螺栓法兰连接刚度随连接结构几何参数的变化规律并进行了灵敏度分析。经分析可知,连接结... 为分析几何参数对螺栓法兰连接刚度的影响,用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)建立了螺栓法兰连接的参数化模型。研究了螺栓法兰连接刚度随连接结构几何参数的变化规律并进行了灵敏度分析。经分析可知,连接结构刚度对开孔位置比例参数最敏感,其次是上法兰厚度。当上部段长度大于某一数值时,连接结构刚度对上部段长度参数不敏感,这一结论能为连接结构动力学简化建模提供一定理论参考。 展开更多

关键词 PCL 螺栓法兰连接 参数化 灵敏度

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箭(弹)级间螺栓法兰连接结构冲击失效实验与数值仿真 被引量：2

5

作者 袁杰红 田彤辉 +2 位作者 王青文 李道奎 陈柏生 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期50-57,共8页

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特... 基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特点。实验过程中采集了螺栓力时程响应数据、柱段关键点应变时程响应数据、锤头冲击力和冲击速度及连接界面开缝位移等多组数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构冲击失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验结果吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构抗冲击设计提供参考。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接结构 落锤 冲击失效 承载能力 有限元模型

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冲击荷载下级间螺栓法兰连接结构失效实验与数值仿真研究 被引量：9

6

作者 田彤辉 袁杰红 +2 位作者 王青文 周仕明 陈柏生 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第18期40-45,共6页

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构简化的原理性实验件,利用Abaqus有限元模型设计并进行了落锤冲击失效实验。实验采集了螺栓力时程响应数据、落锤冲击力和冲击速度、柱段关键点应力时程响应数据和连接界面开缝位移时程响应数据。实... 基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构简化的原理性实验件,利用Abaqus有限元模型设计并进行了落锤冲击失效实验。实验采集了螺栓力时程响应数据、落锤冲击力和冲击速度、柱段关键点应力时程响应数据和连接界面开缝位移时程响应数据。实验结果表明,横向冲击荷载作用下连接结构螺栓组呈序列失效特点,螺栓分布面上半部分三个螺栓为初始承载失效螺栓,决定连接结构工作强度,实验数据与仿真模型数据对比表明仿真模型具有良好的计算精度。研究结果可为箭(弹)体连接结构抗冲击强度设计提供参考。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接结构 落锤 冲击失效 有限元模型

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高温螺栓法兰连接结构及风险分析 被引量：6

7

作者 王承彬 多依丽 +1 位作者 孙铁 杨松宇 《辽宁石油化工大学学报》 CAS 2022年第2期67-72,共6页

利用Ansys-Workbench,对400.00℃下的螺栓法兰连接系统进行热-结构耦合分析,研究了高温条件下螺栓法兰连接系统的密封性能。结果表明,温度从法兰内壁由内至外逐渐降低,最大应力出现在螺母与法兰盘的接触面上,最大应变出现在垫片上。对... 利用Ansys-Workbench,对400.00℃下的螺栓法兰连接系统进行热-结构耦合分析,研究了高温条件下螺栓法兰连接系统的密封性能。结果表明,温度从法兰内壁由内至外逐渐降低,最大应力出现在螺母与法兰盘的接触面上,最大应变出现在垫片上。对常温及400.00℃的垫片进行了密封评定,同时针对高温下连接系统中垫片易密封失效的问题,通过建立垫片强度失效的贝叶斯网络,基于专家评估等一系列方法计算得到先验概率,再利用贝叶斯网络反向推理计算根节点的后验概率并排序,找出导致垫片失效的主要因素,从而提高了垫片在使用过程中的可靠性。 展开更多

关键词 Ansys-Workbench 热-结构耦合 贝叶斯网络 螺栓法兰连接

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修正的响应面方法优化螺栓法兰连接结构几何参数 被引量：4

8

作者 蒋国庆 陈万华 王元兴 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期38-42,共5页

采用响应面法对螺栓法兰连接进行优化设计时,考虑到经典响应面模型的局限性,在获得结构优化参数与响应指标内在联系的基础上,提出了修正响应面模型;设计了数值试验并对比了数值试验值与前述两种响应面模型预测值,结果表明修正响应面模... 采用响应面法对螺栓法兰连接进行优化设计时,考虑到经典响应面模型的局限性,在获得结构优化参数与响应指标内在联系的基础上,提出了修正响应面模型;设计了数值试验并对比了数值试验值与前述两种响应面模型预测值,结果表明修正响应面模型的预测值不仅误差相对比较均匀,且最大误差绝对值要明显小于经典响应面模型的相应值。采用遗传算法对修正响应面模型进行了以法兰质量最轻为优化目标的参数优化,取得了比较理想的优化结果。 展开更多

关键词 响应面方法 螺栓法兰连接结构 遗传算法

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螺栓法兰连接结构的拉压不同刚度动力学模型 被引量：3

9

作者 栾宇 关振群 +2 位作者 程耿东 阳志光 冯韶伟 《导弹与航天运载技术》 CSCD 北大核心 2021年第4期30-35,40,共7页

由于螺栓法兰连接结构轴向拉压刚度不同,针对这一特性引入拉压刚度不同的双线性弹簧单元,提出两自由度拉压不同动力学机理模型,使用区域法进行了动力学响应的解析推导;同时开发了自适应递归过零检查算法对模型的冲击响应进行数值计算。... 由于螺栓法兰连接结构轴向拉压刚度不同,针对这一特性引入拉压刚度不同的双线性弹簧单元,提出两自由度拉压不同动力学机理模型,使用区域法进行了动力学响应的解析推导;同时开发了自适应递归过零检查算法对模型的冲击响应进行数值计算。理论分析与数值模拟结果均表明,拉压不同刚度动力学模型在横向冲击荷载作用下产生横纵耦合振动响应,且输出了比线性梁模型更大的变形以及内力响应,说明线性梁模型获得的荷载结果可能偏小,这一结论对于提高螺栓法兰连接结构的安全可靠性具有重要意义。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接 双线性弹簧 动力学模型 简化建模 动力学计算

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循环横向载荷作用下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为 被引量：1

10

作者 王开平 闫明 +3 位作者 苏东海 王鹏 惠安民 刘海超 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期162-175,共14页

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,... 为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,并基于预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况对循环横向载荷下旋转松动期内连接结构松动行为进行了仿真计算,主要系统分析了螺栓初始预紧力、横向载荷幅值、螺栓位置、螺栓个数、螺栓直径、接触面摩擦系数、止口紧度影响因素对连接结构松动行为的影响规律。结果表明:初始预紧力越大、横向载荷幅值越小、螺栓个数越多、接触面摩擦系数越大、螺栓直径越大、止口紧度越大,连接结构松动越难发生;存在一横向载荷幅值临界值,当小于此临界时,各螺栓均不发生松动,大于此临界时,有螺栓发生松动;存在一螺栓位置值,使连接结构松动最不容易发生。 展开更多

关键词 横向载荷 螺栓法兰连接结构 旋转松动期 松动行为 影响因素

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典型冲击载荷下螺栓法兰连接结构失效模拟 被引量：5

11

作者 王青文 袁杰红 周仕明 《强度与环境》 2017年第5期21-27,共7页

基于某含剪力锥销螺栓法兰连接结构,通过模型简化,建立三维有限元模型。模拟了螺栓预紧力加载过程,倾覆力矩和纯剪切两种瞬态载荷下连接结构的失效过程。得到连接结构的失效规律以及在不同载荷下螺栓的失效模式。分析了影响结构失效的因... 基于某含剪力锥销螺栓法兰连接结构,通过模型简化,建立三维有限元模型。模拟了螺栓预紧力加载过程,倾覆力矩和纯剪切两种瞬态载荷下连接结构的失效过程。得到连接结构的失效规律以及在不同载荷下螺栓的失效模式。分析了影响结构失效的因素,并定性给出了提高结构强度的建议。为螺栓法兰连接结构动力学应用设计提供参考。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接 冲击强度 失效 有限元

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含滞迟缓冲器的螺栓法兰连接结构稳态随机响应

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作者 姜运哲 曾岩 +4 位作者 赵振军 李刚 关振群 周锦航 罗超 《动力学与控制学报》 2017年第3期236-241,共6页

基于螺栓法兰连接结构简化动力学模型,针对上部结构内包含滞迟缓冲机构的情况,通过蒙特卡洛数值模拟研究了高斯白噪声纵向载荷作用下的结构随机响应特性.在简化动力学模型中,通过拉压不同刚度的非线性弹簧表征螺栓法兰连接,上部缓冲机构... 基于螺栓法兰连接结构简化动力学模型,针对上部结构内包含滞迟缓冲机构的情况,通过蒙特卡洛数值模拟研究了高斯白噪声纵向载荷作用下的结构随机响应特性.在简化动力学模型中,通过拉压不同刚度的非线性弹簧表征螺栓法兰连接,上部缓冲机构用Yar-Hammond双线性滞迟系统描述,以便用于航天器对应舱段结构动力学响应的快速计算.在数值模拟之前对此系统进行了无量纲化,而后通过数值模拟分析了不同参数条件下的稳态响应概率密度函数,讨论了结构稳态随机响应的演化规律. 展开更多

关键词 双线性滞迟 螺栓法兰连接结构 稳态随机响应 高斯白噪声 蒙特卡洛模拟

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基于有限元方法的螺栓法兰连接密封性能分析 被引量：4

13

作者 王立满 邵松林 《河南科技》 2014年第1X期23-24,共2页

螺栓法兰连接在石油化工领域应用十分广泛,而法兰密封泄漏是其最常见的失效形式。本文利用ANSYS Workbench平台,建立了螺栓法兰连接结构的有限元模型,分析了垫片在预紧状态下的比压力分布,并结合实际工况,分析了管道对法兰的作用力,以... 螺栓法兰连接在石油化工领域应用十分广泛,而法兰密封泄漏是其最常见的失效形式。本文利用ANSYS Workbench平台,建立了螺栓法兰连接结构的有限元模型,分析了垫片在预紧状态下的比压力分布,并结合实际工况,分析了管道对法兰的作用力,以及法兰在管道外力作用下的密封性能。计算结果对实际的法兰选型给出了指导建议。 展开更多

关键词 螺栓法兰连接 密封 有限元 WORKBENCH

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螺栓法兰连接系统的载荷变形关系分析 被引量：5

14

作者 杜培德 刘纪炎 《青岛化工学院学报（自然科学版）》 1995年第1期70-76,共7页

对螺栓法兰连接密封装置在内压、高温又低温等不同操作工况下的螺栓与受力部件的载荷变形关系进行了分析，推导了在不同工况下螺栓载荷的计算公式并对应紧系数、螺栓及受力部件材质等因素的影响作了初步探讨。

关键词 载荷变形 螺栓法兰连接 载荷计算

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Ω环螺栓法兰连接设计载荷确定

15

作者 顾伯勤 朱亚军 +1 位作者 陈永林 陈晔 《石油化工设备》 CAS 2001年第3期14-16,共3页

对Ω环 -螺栓 -法兰密封连接结构的受力状态进行了分析 ,针对Ω环环圈间是否设置辅助垫片的不同情况 ,提出了Ω环和螺栓设计载荷的计算公式 。

关键词 Ω环-螺栓-法兰连接 垫片 设计载荷 密封连接结构

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基于ANSYS Workbench螺栓法兰连接结构有限元分析 被引量：7

16

作者 史天翔 辜嘉诚 +1 位作者 史江 辜国玲 《科技创新与应用》 2020年第19期111-112,共2页

现以油气管路连接法兰的气密性检验为分析背景,利用UG三维建模软件建立法兰和螺栓连接的三维实体模型。使螺栓和法兰连接的接触问题在ANSYS Workbench中得到实现,从而完成法兰在工况载荷作用下的强度分析问题。在计算完成后,分析了法兰... 现以油气管路连接法兰的气密性检验为分析背景,利用UG三维建模软件建立法兰和螺栓连接的三维实体模型。使螺栓和法兰连接的接触问题在ANSYS Workbench中得到实现,从而完成法兰在工况载荷作用下的强度分析问题。在计算完成后,分析了法兰的密封性能,这对在ANSYS Workbench中模拟螺栓和法兰连接方面提供了参考。 展开更多

关键词 气密性 螺栓和法兰连接 ANSYS Workbench 强度分析 密封性能

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单桩式海上风机法兰螺栓连接失效行为

17

作者 刘本玉 郭建勋 +2 位作者 李艳辰 吴欣炎 刘福顺 《中国海洋平台》 2025年第1期1-8,15,共9页

针对风机法兰连接处高强螺栓失效影响结构安全运行的问题,以我国江苏如东某风电场4 MW单桩式风机为原型,建立含有螺纹结构的局部法兰模型和考虑法兰连接结构的整体风机模型。开展局部法兰结构在偏心载荷下的摩擦耗散能变化规律以及极限... 针对风机法兰连接处高强螺栓失效影响结构安全运行的问题,以我国江苏如东某风电场4 MW单桩式风机为原型,建立含有螺纹结构的局部法兰模型和考虑法兰连接结构的整体风机模型。开展局部法兰结构在偏心载荷下的摩擦耗散能变化规律以及极限状态下的失效行为研究。通过整体风机模型探讨不同位置处螺栓松动数量、比例与结构承载力之间的关系。结果表明:局部法兰螺栓结构的敏感松动位置位于近加载端的第一圈接触螺纹,极限破坏形式为螺母与螺杆未旋合部位发生断裂破坏;对于整体法兰模型,法兰分离量随受拉侧螺栓松动数量增加呈现先增加后趋于平缓的趋势,法兰分离量对于受拉侧螺栓的初始松动较为敏感。 展开更多

关键词 单桩式海上风机 法兰螺栓连接 失效行为 摩擦耗散能 精细化模型

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基于非线性有限元理论的风力发电机组法兰-螺栓连接分析方法研究 被引量：8

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作者 孟春玲 石扬 +1 位作者 傅程 梁韬 《可再生能源》 CAS 北大核心 2015年第8期1185-1190,共6页

以风力发电机组叶片根部法兰-螺栓连接为例,研究了法兰-螺栓连接分析方法。根据风力发电机组法兰-螺栓连接结构的特点,采用非线性有限元分析方法建立多种法兰-螺栓连接分析模型,对模型的单元类型选择、各部件连接关系的处理及接触对的... 以风力发电机组叶片根部法兰-螺栓连接为例,研究了法兰-螺栓连接分析方法。根据风力发电机组法兰-螺栓连接结构的特点,采用非线性有限元分析方法建立多种法兰-螺栓连接分析模型,对模型的单元类型选择、各部件连接关系的处理及接触对的建立方式进行了研究;分析了单元类型、接触关系等因素对有限元计算结果的影响;提出了针对不同分析需求的风力发电机组法兰-螺栓连接有限元分析方案;为风力发电机组法兰-螺栓连接结构的设计和强度分析提供理论基础。 展开更多

关键词 风力发电机 法兰-螺栓连接 有限元 非线性接触分析

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Ω环-螺栓-法兰连接的可靠性分析 被引量：1

19

作者 陈晔 顾伯勤 朱大胜 《石油机械》 北大核心 2003年第12期21-24,57-58,共4页

依据最弱环模型和应力 强度干涉模型的基本原理 ,提出Ω环 螺栓 法兰连接密封系统可靠性的基本概念 ,建立了相应的可靠性模型。在系统受力分析的基础上 ,分别给出系统中Ω环、螺栓、法兰强度可靠度计算公式 ,以及用MonteCarlo法模拟... 依据最弱环模型和应力 强度干涉模型的基本原理 ,提出Ω环 螺栓 法兰连接密封系统可靠性的基本概念 ,建立了相应的可靠性模型。在系统受力分析的基础上 ,分别给出系统中Ω环、螺栓、法兰强度可靠度计算公式 ,以及用MonteCarlo法模拟计算整个系统可靠度的流程。最后给出某石油化工企业 1台采用Ω环 螺栓 法兰密封连接装置的计算实例。 展开更多

关键词 Ω环-螺栓-法兰连接 可靠性分析 计算 石油工业 化学工业 受力分析

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法兰连接螺栓断裂失效分析 被引量：3

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作者 马小明 侯伟峰 《石油化工设备技术》 CAS 2007年第5期56-58,共3页

采用扫描电镜、金相分析、有限元应力分析等系统方法,对连接法兰的断裂螺栓进行了分析。结果表明,失效的主要原因是螺栓材料脆性突出,在使用过程中易发生断裂,并对螺栓材料的选择提出建议。

关键词 法兰连接螺栓 脆性断裂 失效分析

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