特高压钢管塔用柔性法兰结构强度分析

摘要

输电钢管塔由于其风压小、承载性能好等特点，被广泛的应用于特高压输电线路工程中。而法兰连接作为钢管塔结构中最常见的节点连接形式，其可靠性、结构强度、构造形式一直都是重要的研究内容。
　　本文以现有特高压输电线路工程为背景，首先针对法兰用高强度螺栓预紧力的施加方法进行探讨研究，根据不同加载方式的分析结果，提出合理的螺栓预紧力施加方案，以便提高法兰螺栓的连接质量和法兰结构的可靠性。然后选取工程中两类输电钢管塔用柔性法兰作为研究对象，在考虑螺栓、法兰非线性接触问题的前提下，利用有限元软件ANSYS建立法兰模型，仿真分析得到了柔性法兰节点在轴向拉力作用下各部分的强度和变形情况。接着针对柔性法兰相关尺寸参数（法兰盘直径、法兰盘厚度、高强度螺栓预紧力、螺栓数目等）对法兰承载性能的影响进行研究，根据分析结果，总结出改善两类柔性法兰承载性能的措施。通过对上述问题进行研究分析，得出如下结论：螺栓对称预紧方式相比螺栓逐个预紧方式，能够提高强度螺栓组整体预紧效果，同时采用多步加载螺栓预紧力方式有利于螺栓残余预紧力和接触压应力的均匀分布；相比Ⅰ型柔性法兰，Ⅱ型柔性法兰采用一体锻造方式构成，法兰整体刚度较高；螺栓靠近钢管壁布置、增加法兰盘的厚度以及增加螺栓数目可以提高柔性法兰连接节点的承载力；在设计容许的范围内，增加Ⅱ型柔性法兰颈部坡度也可以提高法兰承载力。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 柔性法兰研究现状

1.2.2 高强度螺栓研究现状

1.3 本文主要的研究工作

第2章 柔性法兰强度分析的有限元方法

2.1 引言

2.2 非线性分析基本理论

2.2.1 有限元相关假设

2.2.2 有限元非线性理论

2.3 法兰有限元模型

2.3.1 单元类型的选取

2.3.2 网格划分

2.3.3 边界约束条件

2.3.4 接触设置

2.3.5 有限元模型求解方法

2.4 本章小结

第3章 高强度螺栓预紧方案讨论

3.1 高强度螺栓预紧力的模拟

3.1.1 高强度螺栓扭矩的确定

3.1.2 利用预紧力单元施加螺栓预紧力

3.1.3 模拟扳手对螺栓施加预紧力

3.1.4 螺栓预紧力算例

3.1.5 结果分析

3.2 高强度螺栓预紧力施加方案分析

3.2.1 法兰螺栓有限元模型的简化

3.2.2 螺栓顺序预紧方案分析

3.2.3 螺栓分步预紧方案分析

3.2.4 不同预紧扳手数目方案分析

3.3 本章小结

第4章 法兰模型有限元分析

4.1Ⅰ型柔性法兰有限元分析

4.1.1Ⅰ型柔性法兰有限元模型

4.1.2Ⅰ型柔性法兰强度分析

4.1.3Ⅰ型柔性法兰承载力分析

4.1.4Ⅰ型柔性法兰参数对承载力的影响规律

4.1.5 结果分析

4.2Ⅱ型柔性法兰有限元分析

4.2.1Ⅱ型柔性法兰有限元模型

4.2.2Ⅱ型柔性法兰强度分析

4.2.3Ⅱ型柔性法兰承载力分析

4.2.4Ⅱ型柔性法兰参数对承载力的影响规律

4.2.5 不同颈部坡度的法兰强度分析

4.2.6结果分析

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 主要结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

致谢