法蘭、墊片、螺栓連接系統(tǒng)作為一種方便的可拆卸連接結(jié)構(gòu)，是壓力容器及管道上必不可少的重要部件，被廣泛應(yīng)用于石油化工、電力、能源等領(lǐng)域

　　它的作用原理是通過(guò)螺栓和墊片的連接與密封，保持系統(tǒng)不致發(fā)生泄漏。我國(guó)的法蘭設(shè)計(jì)采用的是以彈性分析為基礎(chǔ)的Waters

　　在聯(lián)接螺栓的強(qiáng)度設(shè)計(jì)與校核中，根據(jù)螺栓受到的外載，計(jì)算螺栓預(yù)緊力，再根據(jù)不同的工況下的計(jì)算公式進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，如靜載荷與動(dòng)載荷的分析計(jì)算。然而法蘭中螺栓聯(lián)接的行為是相當(dāng)復(fù)雜的，受到多種因素影響，工況從初始預(yù)緊到操作工況，必須考慮的參數(shù)組合復(fù)雜，因此準(zhǔn)確的計(jì)算其各零件的應(yīng)力，對(duì)法蘭設(shè)計(jì)至關(guān)重要

　　研究的原因在于目前應(yīng)用的Waters法計(jì)算所得的螺栓預(yù)緊力往往達(dá)不到控制法蘭接頭泄漏的要求，尤其是氣體介質(zhì)的密封要求。其實(shí)，ASME鍋爐壓力容器規(guī)范中早就指出：根據(jù)Waters法求得的“設(shè)計(jì)螺栓力”僅僅是用來(lái)確定需要的小螺栓截面積之用，而實(shí)際螺栓預(yù)緊力基于下列幾方面考慮，必須要大于“設(shè)計(jì)螺栓力”

　　(1)水壓試驗(yàn)壓力大于設(shè)計(jì)壓力。

　　(2)考慮到法蘭轉(zhuǎn)角、墊片松弛、螺栓伸長(zhǎng)等因素，實(shí)際螺栓預(yù)緊力應(yīng)該提高至設(shè)計(jì)值的1.5倍以上。

　　(3)規(guī)范中規(guī)定的螺栓許用應(yīng)力僅用于承受設(shè)計(jì)壓力的計(jì)算需要，而實(shí)際螺栓安裝應(yīng)力包括預(yù)緊、壓力、溫差、外載荷組合產(chǎn)生的應(yīng)力可達(dá)到許用應(yīng)力的二倍。值得注意的是，Waters法中所列出的墊片參數(shù)m、y和b源自70多年前，一無(wú)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，二無(wú)泄漏率概念，因此利用該方法進(jìn)行非標(biāo)法蘭的設(shè)計(jì)時(shí)存在泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。

　　基于目前法蘭設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，利用ANSYS

　　Workbench對(duì)法蘭進(jìn)行應(yīng)力分析，為非標(biāo)法蘭設(shè)計(jì)提供另一條途徑，提出三種法蘭的分析方法，并加以討論。

　　(1)螺栓不建模，零件間的連接使用綁定接觸，無(wú)螺栓預(yù)緊力。

　　(2)螺栓聯(lián)接使用實(shí)體單元，但不建模螺紋，包含螺栓預(yù)緊力及摩擦接觸。

　　(3)螺栓聯(lián)接使用實(shí)體單元，包含螺紋接觸，包含螺栓預(yù)緊力及摩擦接觸。本文以立式蓄能器的轉(zhuǎn)接凸緣為例，采用上述三種分析方法分別進(jìn)行分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比討論。