Ansys 案例研究 | 螺栓法兰与垫片装配仿真分析 原创

概述：

当系统内的介质从垫片与法兰面之间泄漏时，螺栓法兰连接就会发生失效。垫片的核心作用是为气体或液体提供密封，并补偿被密封配合面之间的加工缺陷。这一功能通过外部载荷（螺栓预紧力）压缩配合面之间的垫片材料来实现。当垫片上的压应力低于其最小密封压力时，泄漏就会发生。

目标：

• 1、分析螺栓法兰装配结构，判断垫片在外部载荷作用下是否会发生密封失效。
• 2、学习使用梁连接（Beam Connection）等建模技术，模拟螺栓预紧力。

步骤：

1. 1、导入几何模型并进入 ANSYS Mechanical 模块。
2. 2、定义材料属性：法兰与梁连接单元采用结构钢，垫片采用石墨。
3. 3、创建用户自定义坐标系：用于网格尺寸控制的 “影响球”，以及用于循环对称分析的柱坐标系。

4、定义循环对称。

5、定义上/下法兰与垫片之间的摩擦接触。

6、创建梁连接。

7、定义网格控制（影响球、垫片采用基于实体单元的薄层扫掠法划分网格、循环对称的匹配控制）。

8、定义分析设置，设置2个载荷步。在第一个载荷步施加螺栓预紧力，在第二个载荷步锁定预紧力并施加外部载荷（力和压力）。在第二个载荷步中定义初始、最小和最大子步数，并将第二个载荷步的大变形选项设置为“开启”。

9、施加载荷、约束及螺栓预紧力。

10、求解。 

11、后处理总变形、等效应力、接触状态、接触压力及螺栓预紧力结果。

总结：

接触压力为正值表示垫片部分处于受压状态。接触状态显示为近分离和粘结状态，说明垫片在外侧边缘形成了良好的密封，这是预期的结果。本案例还展示了如何使用梁连接来模拟螺栓预紧力。