螺栓法兰连接系统的金属缠绕式垫片压缩回弹性能研究

摘要

螺栓法兰连接是一种重要的密封结构，具有可拆卸、易更换、经济方便等显著特点，被广泛应用于众多工业领域，螺栓法兰连接结构的可靠性和紧密性对保障企业安全生产、维护企业利益而言具有重要意义。垫片是螺栓法兰连接结构中的主要密封元件，是法兰接头紧密性研究内容中最为关键的环节，而垫片的压缩回弹性能作为保证法兰系统密封性的突出因素，应对其进行重点研究。在众多类型的垫片中，金属缠绕式垫片作为典型的金属-非金属复合垫，综合性能良好、用途较广，因此具有一定的代表性和研究价值。综合上述几点，深入开展基于螺栓法兰连接系统的金属缠绕式垫片压缩回弹性能研究是必要且可行的。 本课题主要采用了理论分析、试验研究、数值模拟三者相结合的研究方法，以金属缠绕式垫片作为研究对象，重点选取以柔性石墨作为填充带材料的金属缠绕垫，展开对其压缩回弹性能的研究。 首先，通过理论分析对比不同法兰连接设计规范中，关于垫片的计算内容、垫片的性能参数、性能参数的试验方法，得出它们之间的异同点和优缺点，进而为优化现有法兰连接设计方法提供理论依据。 其次，设计针对柔性石墨金属缠绕垫压缩回弹性能的试验，通过测取不同垫片的压缩回弹数据，得出它们的压缩回弹曲线；比较分析不同材料、不同公称压力、不同结构型式的柔性石墨金属缠绕垫在其压缩回弹性能上的不同；设计分步加载卸载试验，得出采用螺栓分步预紧方式对柔性石墨金属缠绕垫压缩回弹性能的影响；设计重复加载卸载试验，通过试验结果给出垫片能否重复使用的建议。 最后，通过使用有限元分析软件，对不同材料柔性石墨金属缠绕垫的压缩回弹性能进行数值模拟，分别得到它们在压缩回弹过程中的应力分布情况，做出相应压缩回弹曲线，并与力学试验所得结果进行对比分析，模拟结果与试验结果反映出的垫片压缩回弹特征基本一致，两种方法所得曲线趋势类似。

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附表索引

第1章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 螺栓法兰连接设计的研究

1.3 法兰连接系统中垫片密封的研究

1.4 金属缠绕式垫片及其性能的研究

1.5 本课题研究内容及技术路线

第2章 法兰连接设计规范中垫片的研究

2.1 两种法兰设计规范中垫片计算部分的对比

2.2 两种法兰设计规范中垫片性能参数及其测试方法的对比

2.3 本章小结

第3章 柔性石墨金属缠绕垫压缩回弹性能试验研究

3.1 试验装置

3.2 试样选用及处理

3.3 垫片压缩回弹性能测试

3.4 垫片分步加载卸载试验

3.5 垫片重复加载卸载试验

3.5 本章小结

第4章 柔性石墨金属缠绕垫压缩回弹性能数值模拟

4.1 数值模拟方法选用

4.2 柔性石墨金属缠绕式垫片压缩回弹曲线的模拟生成

4.3 模拟结果及分析

4.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢