预紧卡箍式快开结构的安全强度分析.pdfVIP

第34卷第4期 武 汉 工 程 大 学 学 报 Vo1．34 No．4 2012年o4月 J． Wuhan Inst． Feeh． Apr． 2012 文章编号：1674—2869(2012)04—0053—06 预紧卡箍式快开结构的安全强度分析 周宁波，郑贤中，郑晓敏，徐小明，於潜军 (武汉工程大学机电工程学院，湖北 武汉430074) 摘 要：在卡箍式快开过滤器设计过程中，预紧后结构的强度是重要的安全校核问题．利用有限元法建立卡 箍式快开过滤器的结构模型，在建模过程中针对卡箍、法兰及上、下法兰之间的实际接触状态，模拟在同时施 加预紧力和内压情况下，卡箍与法兰及上 、下法兰之间的接触状态变化过程．通过分析计算结果，不但获得卡 箍式快开过滤器整体结构的压力分布，还获得各接触面上详细的接触压力分布状态即非均匀分布，从而能够 按照JB4732—1995对结构危险截面进行较全面的应力强度评定． 关键词：快开结构；卡箍；接触；应力强度评定 中图分类号：TB115 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1674—2869．2012．04．013 器的设计周期；另一方面，对新型设备的开发和利 O 引 言 用可提供理论依据． 卡箍式快开结构具有结构紧凑、开启便捷、清 1 结构的有限元数学模型 洗方便等优点，是一种广泛应用于石油、化工、食 品、轻工和航天等工业领域的机械装置 j．卡箍式 过滤器设计压力为 0．6MPa，设计 温度为 快开结构按运动形式可分为三种 J，一是手动式， 60℃，简体 内径为550mm，壁厚为3mm，封头选 即通过逐个拧紧或松开螺栓螺母而实现，与靠螺 用椭圆形封头，其厚度为3mm，简体、封头、上下 栓法兰连接 的过滤器相 比，并没有体现出这种结 法兰及卡箍材料均选用 304不锈钢 ，其弹性模量 构的优势；二是半 自动式，通过手柄移动丝杆来驱 为 1．86×10MPa，泊松 比为0．3． 动卡箍，操作简单易行；三是全 自动式，依靠气压 在卡箍与上、下法兰接触过程 中，接触面法线 或液压装置促使卡箍沿着导轨定向滑动，但设计 方向应满足位移非嵌入条件，切向方向应满足库 成本相对较高． 仑摩擦定律．如图1所示，若有相互接触的弹性体 传统设计 (如GB150—1998_3)中对卡箍结构 和 8，A上节点 1和 曰上节点 2是一对接触点 的强度计算大多数依赖于经验公式，计算结果偏 对 ，在外载荷 和 P 作用下，产生了位移 和 于保守．这种计算方法往往建立在一定的假设和 ， 根据有限元基本理论，得到平衡方程为 简化的基础上，缺少对结构重要区域的应力进行 f[ ] =P 一R 严格而详细的计算，如应力集中区域和接触区域 I[ ] =P 一R。 的详细应力分布．已经有文献利用有限元方法对 对于不同的接触状态，其接触条件不同．则卡 卡箍结构进行接触分析，其结果表明，卡箍与筒体 箍与上、下法兰之间可能出现的接触状态的定解 法兰之间的接触属于非均匀接触，接触面积随着