基于ANSYS的法兰螺栓的有限元分析.docx

本科毕业论文 题 目： 基于 ANSYS 的螺栓法兰 有限元分析与优化 学 专 院： 业： 机械工程学院 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 职 称： 摘 要 摘 要 螺栓法兰结构具有密封性能好、拆卸方便、强度高的优点，因其优点该结 构在油气管道、压力容器连接处有着比较广泛的应用。但因其工况环境的复杂 性，法兰接头处的密封系统可能会密封失效从而出现泄漏现象。这样不仅造成 资源浪费，对周围环境造成严重污染，甚至会直接威胁人民的人身财产安全， 可见螺栓法兰系统对管道和压力容器的安全运行起着至关重要的作用。而法兰 强度的大小与法兰泄漏之间有着极其密切的关系，分析法兰系统受力强度大小 对分析法兰泄漏情况有极其重要的意义。 本文的研究对象是由法兰-螺栓-垫片组成的螺栓法兰整体结构，借助三维 CAD 或 CATIA 软件构建三维参数模型，并通过 ANSYS 软件对整体螺栓法兰结 构和组成零件进行有限元分析，分析出整体及各零件的应力及应变分布规律， 得出螺栓法兰连接系统在预紧情况下以及在承压工况下的受力和应变的变化规 律。结果表明：预紧和承压工况时，螺栓法兰连接件整体和各组成零件件应力 分布规律变化基本一致，并且随着管称压力的逐渐增大，各部位所受到的应力 强度也逐渐增大，而法兰和螺栓的变形也随着压力的增强而随之变大。 文章的最后把有限元法与优化设计思想相结合，以 ANSYSWorkbench 软件 的 DesignExploration 模块为工具对螺栓法兰整体结构的组成零件进行参数优化 分析。通过分析计算得到法兰连接系统各部件优化后的几何尺寸，这对减小螺 栓法兰接头所受的最大等效应力、降低法兰变形量、提高螺栓法兰的使用寿命 具有非常重要意义，也可为螺栓法兰连接系统各零件的设计提供较合理的的指 导和借签作用。 关键词：螺栓法兰；ANSYS；预紧；有限元；优化分析 I ABSTRACT Finite Element Analysis and Optimization for Bolt Flange Based on ANSYS ABSTRACT Bolt flange connection structure is widely used in the oil and gas pipelines and pressure vessels because of its good sealing performance, convenient disassembly, high strength and so on. However, due to the complexity of the working conditions, the sealing system of the flange joint may contribute to seal failure thus lead to leakage. This not only wastes of resource, but also produces serious pollution to the surrounding environment, and even threaten to the personal and property safety. It can be seen that bolt flange system plays an important role in the safe operation of pipeline and pressure vessel.There is a close relationship between the flange strength and the flange leakage,Therefore, the analysis of the strength is of great importance to the analysis of flange leakage. This paper used the flange-bolt-gasket as a whole study project, built a three-dimensional finite element analysis model by using CAD and pro/E sofeware. Then it used the ANSYS Workbench software to analyze the strain and stress distribution of the bolted flange joint and the components. and we can obtain the