基于ANSYS的高压法兰结构优化研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

高压流体物料输送管道连接中，高压法兰被广泛应用。高压法兰是用于压力高于10mpa的管道或设备连接的法兰。高压法兰广泛应用于石油石化、食品加工、化工工程和航空航天等领域，开发高性能、低成本的高压自紧式法兰一直是高压流体物料输送管道连接研究工作的重要内容^[1] 。随着现代过程工业装置逐渐向着大型化和高参数方向发展，为保证装置的长周期安全运行，对其密封连接结构，特别是工作在高压下的螺栓法兰连接系统的可靠性提出了越来越高的要求。高压容器设备在服役时，不仅承受高达数十甚至上百兆帕的工作压力，而且承受着比较大的压力波动和温度波动。这些设备的壳体强度一般较高且密封性较为可靠，而法兰连接处的密封性则相对薄弱，很容易发生高压流体刺漏或法兰密封的失效^[2]。对于高压设备法兰密封主要采用金属密封形式，通过圆周均布螺栓的方法进行预紧。高压螺栓法兰连接系统的失效不仅会造成巨大的经济损失，而且还会污染环境，甚至酿成重要人员伤亡事故^[3-7]。因此，对高压螺栓法兰连接系统进行结构可靠性分析及结构优化具有重要意义。正因为如此，世界各国（特别是西方发达国家）都不遗余力地对更优结构的高压法兰进行研究与开发。

高压自紧式法兰自20世纪50年代诞生以来，广泛应用于石油石化、油气开采、工业煤气生产、石油精炼、食品加工、化工工业、环境工程、矿物及核电、航空航天、船舶工业、合成燃料加工、煤的氧化和液化等领域^[8-13]。除中国外，全球仅有美国的grayloc，英国的vector，意大利的g-loc。在中国市场上，以前此类产品完全依靠进口，国内无一家可以设计、生产，直至2005年，这一局面才被国内成都植源所生产的高压自紧式法兰zy-loc打破。可以完成在中高碳钢的焊接，在不加热的情况下，既不开裂也不变形，但其产品类型和产量远不能满足国内外市场需要，对新型高压法兰的研制及理论分析还亟待完善。

ansys分析软件诞生于20世纪70年代，是目前世界上最具影响力的、以有限元分析为基础的cae软件之一，被广泛应用于机械制造、石油化工、汽车交通、航空航天、轻工及土木工程等行业的一般工业设计及科学研究^[14-17]。本课题旨在根据金属自紧式法兰的连接方法，建立连接过程中的力学模型，借助ansys有限元工具模拟分析高压法兰在连接过程中连接力的变化情况以及连接后的应力、应变分布情况，进而分析高压法兰的各部件的强度及密封性能，从而达到优选材料、优化结构和降低成本的目的。因此，具有重要意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

1、文献调研，了解国内外相关研究的概况和发展趋势；

2、参考国外现有的金属自紧式法兰的连接方法，选取典型尺寸的高压法兰建立连接过程中的力学和热力耦合模型；

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需软件和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－7周：了解典型高压法兰的结构及各零件材料物性参数，按照研究方案，利用pro/e建模。

第8－11周：采用ansys对模型进行网格划分，设置不同零件的连接方式，按照高压法兰典型零件使用工况设置边界条件，在ansys中进行计算分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 王震，王果，吴凡，等. 55mpa高压法兰的设计与应用[j].焊管，2011,34（10）：37-39.

[2] 徐鹏谊，樊建春，赵坤鹏，等.高压设备法兰预紧不均对其密封性的影响[j]. 机械设计与制造，2014，（4）:68-69.

[3] 陈孙艺． 高压法兰螺栓密封失效的制造因素［j］.金属热处理，2011，36( s1) : 219－223．