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，被廣泛應用于石油化工、電力、能源等領(lǐng)域

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

　　在聯(lián)接螺栓的強度設(shè)計與校核中，根據(jù)螺栓受到的外載，計算螺栓預緊力，再根據(jù)不同的工況下的計算公式進行強度計算，如靜載荷與動載荷的分析計算。然而法蘭中螺栓聯(lián)接的行為是相當復雜的，受到多種因素影響，工況從初始預緊到操作工況，必須考慮的參數(shù)組合復雜，因此準確的計算其各零件的應力，對法蘭設(shè)計至關(guān)重要

　　研究的原因在于目前應用的Waters法計算所得的螺栓預緊力往往達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，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)計螺栓力”僅僅是用來確定需要的小螺栓截面積之用，而實際螺栓預緊力基于下列幾方面考慮，必須要大于“設(shè)計螺栓力”

　　(1)水壓試驗壓力大于設(shè)計壓力。

　　(2)考慮到法蘭轉(zhuǎn)角、墊片松弛、螺栓伸長等因素，實際螺栓預緊力應該提高至設(shè)計值的1.5倍以上。

　　(3)規(guī)范中規(guī)定的螺栓許用應力僅用于承受設(shè)計壓力的計算需要，而實際螺栓安裝應力包括預緊、壓力、溫差、外載荷組合產(chǎn)生的應力可達到許用應力的二倍。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，一無實驗基礎(chǔ)，二無泄漏率概念，因此利用該方法進行非標法蘭的設(shè)計時存在泄漏的風險。

　　基于目前法蘭設(shè)計中存在的問題，利用ANSYS

　　Workbench對法蘭進行應力分析，為非標法蘭設(shè)計提供另一條途徑，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，無螺栓預緊力。

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

　　(3)螺栓聯(lián)接使用實體單元，包含螺紋接觸，包含螺栓預緊力及摩擦接觸。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行分析，并對分析結(jié)果進行對比討論。