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冲击载荷下螺栓法兰结构密封性影响因素研究
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作者 白明鹤 金映丽 +1 位作者 孙自强 闫明 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第7期344-348,共5页
为研究冲击载荷下不同螺栓预紧力,不同垫片材料以及厚度对螺栓法兰垫片连接结构密封性的影响规律,对垫片的工作载荷进行计算,计算出垫片在工作时保持密封的最小接触压力,并建立具有不同参数的螺栓法兰连接结构有限元模型,同时考虑了结... 为研究冲击载荷下不同螺栓预紧力,不同垫片材料以及厚度对螺栓法兰垫片连接结构密封性的影响规律,对垫片的工作载荷进行计算,计算出垫片在工作时保持密封的最小接触压力,并建立具有不同参数的螺栓法兰连接结构有限元模型,同时考虑了结构中垫片的非线性,研究了模型在冲击载荷下螺栓的预紧力、不同垫片材料以及垫片厚度对螺栓法兰连接结构密封性的影响规律。分析结果表明:螺栓的预紧力大小对垫片的接触压力影响显著,预紧力越大,垫片的接触压力越大,密封性能越好,不同垫片材料对结构密封性也会产生影响,其中聚四氟乙烯填充材料密封性能较好。垫片厚度同样也会影响结构密封性,垫片厚度越大,垫片接触压力越大,密封性也越好。 展开更多
关键词 冲击载荷 螺栓法兰垫片连接结构 密封性能 影响因素
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垫片外缘最大应力对螺栓法兰连接结构泄漏率影响 被引量:12
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作者 刘麟 顾伯勤 李传文 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第5期196-198,共3页
螺栓法兰连接广泛的应用于石油化工等过程装备中,其是最重要的静密封连接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法对垫片的平均应力和外缘最大应力关系进行分析研究;采用解析方法预测螺栓法兰连接结构的泄漏率,并与试验结果进行对... 螺栓法兰连接广泛的应用于石油化工等过程装备中,其是最重要的静密封连接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法对垫片的平均应力和外缘最大应力关系进行分析研究;采用解析方法预测螺栓法兰连接结构的泄漏率,并与试验结果进行对比,研究了垫片外缘最大应力与泄漏率之间的关系。结果表明,随着螺栓载荷的增加,法兰偏转程度增加,垫片平均应力与垫片外缘最大应力的差值逐渐增大;垫片外缘最大应力较平均应力对连接结构泄漏率影响更大。 展开更多
关键词 螺栓法兰连接 垫片外缘最大应力 有限元 泄漏率
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螺栓—法兰连接结构的多目标优化设计研究 被引量:11
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作者 刘远东 尹益辉 余绍蓉 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期656-659,共4页
螺栓—法兰连接结构是工程中一种重要的连接方式,强度和质量是其主要性能指标。将有限元法与最优化方法结合起来,可以很好地实现螺栓—法兰连接结构的多目标优化设计。文中基于响应面法确定法兰结构的几何参数组合,利用有限元分析软件An... 螺栓—法兰连接结构是工程中一种重要的连接方式,强度和质量是其主要性能指标。将有限元法与最优化方法结合起来,可以很好地实现螺栓—法兰连接结构的多目标优化设计。文中基于响应面法确定法兰结构的几何参数组合,利用有限元分析软件Ansys对不同参数组合情况下的法兰结构进行应力场分析,获得响应面模型,然后通过MAT-LAB多目标优化设计方法,计算得到法兰结构的最优几何参数。数值计算结果表明,优化几何参数后的螺栓—法兰结构比原结构最大等效应力下降13.6%,质量下降12.5%。 展开更多
关键词 螺栓-法兰连接结构 几何参数 有限元法 响应面法 多目标优化方法
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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
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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
5
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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振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析 被引量:4
6
作者 王开平 闫明 +1 位作者 苏东海 孙自强 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2023年第5期36-38,44,共4页
为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的... 为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓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分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。 展开更多
关键词 振动载荷频率 螺栓法兰连接结构 松动行为 有限元模型 仿真分析
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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:2
7
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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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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基于非线性垫片径向应力分布的螺栓法兰连接泄漏率预测方法 被引量:13
9
作者 刘麟 黄星路 顾伯勤 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2010年第7期9-13,共5页
采用解析方法对垫片应力径向分布及其不均匀性进行研究,提出基于垫片径向应力分布的螺栓法兰连接结构泄漏率预测方法。将垫片应力径向分布解析计算结果与有限元计算结果,以及泄漏率预测结果与现有方法预测结果和ROTT(Room Temperature T... 采用解析方法对垫片应力径向分布及其不均匀性进行研究,提出基于垫片径向应力分布的螺栓法兰连接结构泄漏率预测方法。将垫片应力径向分布解析计算结果与有限元计算结果,以及泄漏率预测结果与现有方法预测结果和ROTT(Room Temperature Tightness)的试验结果分别进行比较和分析。结果表明,垫片应力分布的解析计算结果与有限元结果一致,且大小由内径向外径逐渐增大,随着螺栓载荷的增加,垫片径向应力的不均匀性也逐渐增大;提出的泄漏率预测方法得到的计算结果与试验结果十分吻合,且较现有预测方法得到的结果更为精确。 展开更多
关键词 垫片有效密封宽度 螺栓法兰连接 泄漏率预测
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考虑垫片时滞效应的管板-法兰-垫片-螺栓连接系统三维有限元分析——预紧工况和加压工况下密封垫片的压紧应力分析 被引量:11
10
作者 安维峥 徐鸿 +1 位作者 于洪杰 肖金花 《压力容器》 北大核心 2005年第8期29-34,共6页
本文从整体性观点出发,考虑垫片的非线性性质和应力-应变时滞效应,用大型有限元软件ANSYS建立了U形管换热器中等效管板和法兰垫片螺栓连接系统的三维有限元模型,并作为研究报告的第一部分,着重分析了预紧和加压两种工况下垫片材料的非... 本文从整体性观点出发,考虑垫片的非线性性质和应力-应变时滞效应,用大型有限元软件ANSYS建立了U形管换热器中等效管板和法兰垫片螺栓连接系统的三维有限元模型,并作为研究报告的第一部分,着重分析了预紧和加压两种工况下垫片材料的非线性与时滞效应、不同的管壳程压差以及不同的螺栓预紧力和不同的螺栓尺寸等因素对法兰接头紧密性(垫片压紧应力的大小和分布状况)的影响;在下一部分中将讨论上述各种因素对法兰接头强度的影响。 展开更多
关键词 法兰螺栓接头 非线性密封垫片 时滞效应 有限元分析
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基于螺栓法兰连接系统的垫片应力分析 被引量:15
11
作者 杜坤 刘美红 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第5期88-90,共3页
所建立的参数化三维有限元模型,充分考虑了法兰螺栓联接系统的应力集中、垫片材料非线性特性以及各元件的接触非线性,研究了螺栓法兰连接系统各元件之间的相互作用,分析了预紧力、密封介质内压力等因素对垫片应力的影响。结果表明垫片... 所建立的参数化三维有限元模型,充分考虑了法兰螺栓联接系统的应力集中、垫片材料非线性特性以及各元件的接触非线性,研究了螺栓法兰连接系统各元件之间的相互作用,分析了预紧力、密封介质内压力等因素对垫片应力的影响。结果表明垫片应力在径向随着节点半径的增大而增大,随着预紧力的增大而增大,随着内压力的增大而减小,在周向螺栓附近的应力明显大于其它处应力。当垫片最外侧应力低于了密封所要求的最低应力时,螺栓法兰连接系统发生泄露。 展开更多
关键词 螺栓法兰系统 垫片 应力 参数化
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具有非线性垫片的螺栓法兰连接的理论计算与实验研究 被引量:2
12
作者 安源胜 蔡仁良 《压力容器》 1995年第2期17-23,共7页
按现行规范设计的螺栓法兰连接不能保证有效的密封,本文基于A.I.Soler等人对螺栓法兰连接的分析,对一具有非线性垫片的螺栓法兰连接进行理论计算与实验。该计算从螺栓——法兰——垫片系统出发,考虑垫片的物理非线性以及螺栓的拉伸和弯... 按现行规范设计的螺栓法兰连接不能保证有效的密封,本文基于A.I.Soler等人对螺栓法兰连接的分析,对一具有非线性垫片的螺栓法兰连接进行理论计算与实验。该计算从螺栓——法兰——垫片系统出发,考虑垫片的物理非线性以及螺栓的拉伸和弯曲,分别模拟了系统在预紧和操作阶段的螺栓应力、法兰应力和垫片应力。此外,对一实际的法兰连接进行了实验研究,试验结果与计算结果吻合较好。 展开更多
关键词 非线性垫片 螺栓法兰连接 实验研究 法兰连接
全文增补中
螺栓法兰垫片接头整体结构数值模拟和密封性能分析 被引量:8
13
作者 郭秭君 李慧芳 钱才富 《化工设备与管道》 CAS 2019年第2期6-11,共6页
建立了螺栓法兰垫片接头整体结构有限元模型,研究了法兰盘厚度、螺栓数目、工作压力、及螺栓预紧力等参数对法兰偏转角和泄漏率的影响。结果发现,由于法兰力矩作用,法兰盘发生偏转,使得垫片上压应力沿径向分布不均,在垫片外缘存在最大... 建立了螺栓法兰垫片接头整体结构有限元模型,研究了法兰盘厚度、螺栓数目、工作压力、及螺栓预紧力等参数对法兰偏转角和泄漏率的影响。结果发现,由于法兰力矩作用,法兰盘发生偏转,使得垫片上压应力沿径向分布不均,在垫片外缘存在最大压应力环带,环带上最小压应力值决定着接头的密封性能。法兰偏转会影响接头泄漏率,但并非偏转越大,泄漏率越大;在某些情况下,泄漏率甚至随偏转角增大而减小。 展开更多
关键词 螺栓法兰垫片接头 有限元分析 法兰偏转 泄漏率
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安装工况对NiTi合金垫片螺栓法兰连接接头密封性能的影响 被引量:1
14
作者 唐烨 陆晓峰 程可 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第12期161-164,共4页
NiTi合金具有优异的形状记忆效应和超弹性效应,是制备新一代金属密封垫片的理想材料。采用有限元分析软件ABAQUS研究了安装工况对法兰密封连接接头密封性能的影响,并将计算结果和20#钢金属垫片作对比。结果表明:与仅考虑NiTi合金超弹性... NiTi合金具有优异的形状记忆效应和超弹性效应,是制备新一代金属密封垫片的理想材料。采用有限元分析软件ABAQUS研究了安装工况对法兰密封连接接头密封性能的影响,并将计算结果和20#钢金属垫片作对比。结果表明:与仅考虑NiTi合金超弹性效应相比,考虑NiTi合金形状记忆效应,可使垫片接触应力提高17.4%;在介质内压、端部载荷作用下,NiTi合金垫片接触应力降低了5%,20#钢金属垫片降低了9%。说明NiTi合金作为密封垫片,在Ms温度下安装,Af温度以上使用的条件下,其密封性能要优于20#钢垫片,可有效的提高法兰螺栓连接接头的密封性能。 展开更多
关键词 NITI合金 螺栓法兰接头 安装工况 垫片接触应力
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利用PVRC新垫片常数计算法兰连接最佳螺栓力 被引量:1
15
作者 陈树宁 《化工设备设计》 1991年第2期1-3,共3页
本文介绍利用PVRC新的垫片常数B、d和S~*直接计算法兰连接最佳螺栓力的方法。此法以PVRC垫片密封特性试验曲线为基础,考虑了工程用法兰“连接组装效率”和“操作泄漏验经系数”的影响,在保持一定紧密性等级的前提下直接确定法兰连接的... 本文介绍利用PVRC新的垫片常数B、d和S~*直接计算法兰连接最佳螺栓力的方法。此法以PVRC垫片密封特性试验曲线为基础,考虑了工程用法兰“连接组装效率”和“操作泄漏验经系数”的影响,在保持一定紧密性等级的前提下直接确定法兰连接的最佳螺栓力。这是美国PVRC垫片特性研究组在十多年试验结果基础上提出的供ASME选择的修改现行法兰规范方案之一。 展开更多
关键词 法兰 螺栓连接 垫片
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螺栓法兰接头安全密封技术(二)——基于控制泄漏率的垫片应力及其试验方法 被引量:27
16
作者 蔡仁良 蔡暖姝 +2 位作者 章兰珠 范淑玲 应道宴 《化工设备与管道》 CAS 2012年第5期1-10,共10页
建立以控制泄漏率为目标的法兰设计方法,以及相应的垫片系数和试验方法成为密封设计和研究的主要方向。在介绍和比较ASME、PVRC、EN和JIS垫片系数和试验方法的基础上,分析了垫片应力、垫片系数和密封准则的相互关系,从而为确定基于容许... 建立以控制泄漏率为目标的法兰设计方法,以及相应的垫片系数和试验方法成为密封设计和研究的主要方向。在介绍和比较ASME、PVRC、EN和JIS垫片系数和试验方法的基础上,分析了垫片应力、垫片系数和密封准则的相互关系,从而为确定基于容许泄漏率的目标垫片应力提供计算依据。 展开更多
关键词 螺栓法兰接头 密封 垫片 法兰设计
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基于金属与金属接触型螺栓法兰接头的垫片应力分析 被引量:10
17
作者 陈圆 关凯书 +2 位作者 马凯 章兰珠 徐严言 《压力容器》 2015年第5期36-41,共6页
建立了三维参数化弹塑性有限元模型,对DN600 CLASS300金属与金属接触型(MMC)螺栓法兰接头进行了结构以及热-结构耦合分析,研究了预紧力、内压、温度、螺栓和法兰蠕变对垫片应力的影响。结果表明,当法兰密封面与垫片外环接触后,垫片平均... 建立了三维参数化弹塑性有限元模型,对DN600 CLASS300金属与金属接触型(MMC)螺栓法兰接头进行了结构以及热-结构耦合分析,研究了预紧力、内压、温度、螺栓和法兰蠕变对垫片应力的影响。结果表明,当法兰密封面与垫片外环接触后,垫片平均应力基本不变,内压对垫片应力影响较小,垫片应力随温度升高而减小,螺栓和法兰蠕变过程中,垫片应力先增大后减小。 展开更多
关键词 金属与金属接触 螺栓法兰接头 垫片应力
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非标法兰连接系统结构设计及应力分析 被引量:7
18
作者 王定标 杨国新 尹华杰 《郑州大学学报(工学版)》 CAS 2007年第2期60-63,共4页
法兰、垫片、螺栓连接系统是压力容器及管道设计中的重要内容,同时也是工程设计及使用过程中容易出现问题的关键部位.由于工程应用需要,对公称直径为450 mm的非标管道法兰、垫片、螺栓以及阀门连接系统进行了设计,开发出膨胀石墨和0Cr18... 法兰、垫片、螺栓连接系统是压力容器及管道设计中的重要内容,同时也是工程设计及使用过程中容易出现问题的关键部位.由于工程应用需要,对公称直径为450 mm的非标管道法兰、垫片、螺栓以及阀门连接系统进行了设计,开发出膨胀石墨和0Cr18Ni10Ti两种材料覆合的新型垫片.同时,将该系统作为一个整体,考虑到法兰旋转、内压对法兰、垫片、螺栓以及阀门的受力与变形的影响,应用三维有限元技术,分析在螺栓预紧过程和加压过程中法兰连接系统的整体应力分布.结果表明,法兰、螺栓等的应力强度满足要求,垫片应力及残余压紧压力满足密封要求,设计的非标法兰连接系统结构合理,应力分布均匀,使用情况良好. 展开更多
关键词 法兰 垫片 螺栓连接 结构设计 有限元 应力
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螺栓法兰连接系统的可靠性设计 被引量:2
19
作者 陈庆 郝正泉 由立臣 《润滑与密封》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期58-59,共2页
总结了近年来螺栓法兰连接系统的理论分析和试验研究成果,避开了原有垫片系数“m、y”值,提出了可靠的设计方法,使其与工程实际更为接近。
关键词 法兰 垫片 连接系统 密封 可靠性设计 螺栓
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弹(箭)体级间连接结构准静载失效实验与数值预示 被引量:2
20
作者 袁杰红 田彤辉 +2 位作者 关振群 王青文 陈柏生 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期107-113,126,共8页
级间螺栓法兰连接是导弹(火箭)常见的连接方式,但破坏了整体结构连续性,且承载能力薄弱,在外荷载作用下易发生失效而使整弹(箭)结构强度丧失。根据实际导弹(火箭)连接结构特点,简化设计并制作了一组原理性实验件,设计了准静载加载实验... 级间螺栓法兰连接是导弹(火箭)常见的连接方式,但破坏了整体结构连续性,且承载能力薄弱,在外荷载作用下易发生失效而使整弹(箭)结构强度丧失。根据实际导弹(火箭)连接结构特点,简化设计并制作了一组原理性实验件,设计了准静载加载实验测试系统和螺栓响应信号传感器,进行了两次准静载失效实验,并利用ABAQUS软件建立了对应的有限元仿真模型。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构在准静载荷载作用下的失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验吻合较好。研究结论听语音聊科研与作者互动可为弹(箭)体级间连接结构承载能力和失效实验设计提供参考。 展开更多
关键词 螺栓法兰连接结构 准静载 失效实验 承载能力 有限元模型
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