Контакт — преднатяг болтового фланцевого стыка и раскрытие уплотнения

Болтовое фланцевое соединение трубопровода высокого давления: преднатяг 8 шпилек, отрывающая сила от внутреннего давления и сжатие контактного уплотнительного пояска.

Допуск:

5%

Постановка задачи

Геометрия

Два сопрягаемых фланцевых патрубка: внутренний радиус R_внутр=45 мм, наружный радиус трубы R=60 мм, наружный радиус фланца R=105 мм, толщина tf=24 мм, 8 болтовых отверстий R=8 мм на делительной окружности R_bc=84 мм. Площадь стыка A_стык = 26666 мм2. Преднатяг шпилек F_болт = -180 кН, внутреннее давление p = 16 МПа (от… показать полностью

Два сопрягаемых фланцевых патрубка: внутренний радиус R_внутр=45 мм, наружный радиус трубы R=60 мм, наружный радиус фланца R=105 мм, толщина tf=24 мм, 8 болтовых отверстий R=8 мм на делительной окружности R_bc=84 мм. Площадь стыка A_стык = 26666 мм2. Преднатяг шпилек F_болт = -180 кН, внутреннее давление p = 16 МПа (отрывающая сила давления F_давл = p * pi * R_внутр^2 = 101.79 кН), внешнее осевое растяжение F_осев = 50 кН.

Материал

Нижний фланец: поковки ASTM A105 (E=200 ГПа, nu=0.29). Верхний фланец: нержавеющая сталь ASTM A182 F316 (E=193 ГПа, nu=0.30). Односторонний контакт Мортара без трения.

Граничные условия

Заделка нижнего торца трубы (surface number 1). Боковое удержание верхнего торца (surface number 82 component=x, y). Внутреннее давление среды 16 МПа в расточке (surface number 2, 78). Усилие преднатяга шпилек -180 кН на surface number 81. Внешняя растягивающая сила +50 кН на surface number 82.

Контрольная величина

Остаточная сжимающая сила уплотнения F_остат = F_болт - (F_давл + F_осев) = 180 - 151.79 = 28.21 кН > 0 (предотвращает раскрытие стыка; отклонение <= 5%); среднее давление обжатия стыка pc = 6.75 МПа при затяжке 180 кН.

Терминал WebCAE

units mm
material E=200000000000 nu=0.29 density=7850
import path="flange_joint_assembly_body1.step" format=step
material E=193000000000 nu=0.3 density=7980
import path="flange_joint_assembly_body2.step" format=step
contact frictionless
mesh tet size=7.5 order=2 bonding=0
fix surface number 1
fix surface number 82 component=x
fix surface number 82 component=y
load surface number 2 pressure=16000000
load surface number 78 pressure=16000000
load surface number 81 force=-180000 component=z
load surface number 82 force=50000 component=z
solve
minmax displacement_magnitude

Сравнение результатов

Обновлено: 2026-10-19 · WebCAE solver