角鋼法蘭做分析

一朋友發(fā)過來一圖，

“急，這個法蘭結(jié)構(gòu)需要做應(yīng)力分析。”

我一看，原來是是一個角鋼法蘭。

角鋼圈帶全平面墊片，加一塊平板，平板上面做了兩個加強(qiáng)筋。

其設(shè)計參數(shù)如下：

溫度和壓力不算高，但是為啥需要做應(yīng)力分析呢？

分析萬能？

我問：

問為何不用常規(guī)法蘭和平蓋計算？

朋友回答說：

業(yè)主工程圖用的角鋼，不愿意改，說是應(yīng)力分析一下就行了，反正分析什么都能做。

我又看了結(jié)構(gòu)，然后和朋友說：

這本質(zhì)上是一個密封問題，建議不要采用應(yīng)力分析來做。

朋友問：

如果業(yè)主堅持用這種結(jié)構(gòu)呢？如果業(yè)主堅持用應(yīng)力分析來校核這種非常規(guī)結(jié)構(gòu)呢？

我回答說：

應(yīng)該說服業(yè)主，不要用應(yīng)力分析，直接修改結(jié)構(gòu)。

為什么不用分析

為什么這個結(jié)構(gòu)，不應(yīng)該優(yōu)先選擇應(yīng)力分析來解決呢？

我解釋道：

1. 規(guī)范不合適

角鋼做法蘭一般是用在對密封沒有什么要求的情況，比如設(shè)備是常壓或者壓力非常非常低。主要原因是角鋼密封是非常困難的。

根據(jù)NB/T 47003.1的表6-4，平蓋結(jié)構(gòu)圖，是有類似結(jié)構(gòu)的。

這種結(jié)構(gòu)的適用范圍為0.002MPa，即0.02Barg，而我們這臺設(shè)備是3.5Barg，水壓試驗4.4Barg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過規(guī)范的允許。

2. 密封問題復(fù)雜

密封問題是非常復(fù)雜的，尤其是設(shè)計法蘭墊片螺栓系統(tǒng)，需要做接觸分析，用到的假設(shè)太多，很多數(shù)據(jù)只是猜測，并不準(zhǔn)確。計算的結(jié)果是否可信真是一個問題。

這不是強(qiáng)度問題，算一下應(yīng)力即可。密封不僅僅強(qiáng)度要足夠，還要保持足夠的剛度，角鋼太薄弱。

3. 角鋼制造比較麻煩

從加工方面來說，法蘭密封面要機(jī)加工，才能保證密封性能。

用角鋼，看上去將角鋼圍成一圈即可加工完成，方便省事。

但是角鋼是個結(jié)構(gòu)件，表面坑坑洼洼，加工后的圓度平面度無法保證，如果帶壓，必定要漏。

如果將角鋼加工完成后，再機(jī)加工一下，那么為什么不用板材直接加工呢？還省去煨制的步驟。

4. 常規(guī)計算完全合適

這個設(shè)備按照常規(guī)平焊法蘭計算完全可行，成熟穩(wěn)定，可靠性高。

為什么要用分析去證明角鋼可以呢？

為什么不直接用常規(guī)的平板法蘭計算？

從壓力和墊片My值可以預(yù)計，這個法蘭并不會很厚。造價不會比角鋼貴多少。

為什么沒有難度也要創(chuàng)造難度上？

如果業(yè)主或廠家是想證明角鋼也可以耐壓，當(dāng)做一個試驗，那么我支持，雖然結(jié)構(gòu)很差，但是知道角鋼承壓極限，也是件樂事。

如果是一個項目，那么我強(qiáng)烈不建議用這種有風(fēng)險的結(jié)構(gòu)。

如果到時候水壓不過，各個方面都會非常難受。

5.接觸分析的模糊地帶

這個結(jié)構(gòu)是螺栓法蘭墊片系統(tǒng)，如果真要分析，是一個接觸分析。

接觸分析，是一種邊界條件非線性問題，接觸體的接觸面積和壓力分布隨外載荷變化而變化。

對于非接觸靜力學(xué)問題，大部分人計算結(jié)果是差不多的，區(qū)別往往只是網(wǎng)格疏密造成的應(yīng)力大小有區(qū)別，不影響整體的精度和準(zhǔn)確性。

非線性問題，計算起來比較復(fù)雜，和人的操作有很大的關(guān)系。不同的人，可能計算結(jié)果會相差很遠(yuǎn)。

非線性需要設(shè)置的量很多，非線性算法也有很多選擇，不同的人設(shè)置不同的值，后面結(jié)果自然五花八門，通過調(diào)整參數(shù)，甚至將不合格做成合格的。

對于角鋼法蘭來說，有很多數(shù)據(jù)是不確定的，比如墊片的彈性模量，薄角鋼的螺栓預(yù)緊力，my值。（當(dāng)然可以參照GB150選取，但是你都按照150計算了，那么為什么不直接用GB150算全套法蘭？）

更不要說非線性的收斂非常麻煩，與網(wǎng)格精度，邊界條件，載荷步等一系列因素相關(guān)。

本身一臺常壓設(shè)備，采用這么個復(fù)雜的，低可靠性，算完還要機(jī)加工的分析，這不是大炮打蚊子，打完還要收尸嗎？

所以我的意見是：

費時，費力做分析，得到一個可靠性低的分析報告，制造一個可靠性低的結(jié)構(gòu)，加工成本還高。

這究竟是圖啥？

改成平焊法蘭，可靠，迅速，常規(guī)加工，幾乎都是優(yōu)點。

什么是好結(jié)構(gòu)

遇到太多的朋友，一遇到非標(biāo)的結(jié)構(gòu)，第一個想到的竟然是：

做個有限元分析。

仿佛分析能夠解決所有問題。

雷軍說：

不要用戰(zhàn)術(shù)上的勤奮掩蓋戰(zhàn)略上的懶惰。

遇到新結(jié)構(gòu)，應(yīng)該想想，這個結(jié)構(gòu)到底是一個什么模型？

均布梁，簡支梁，圓平板，靜力學(xué)，動力學(xué)，瞬態(tài)，穩(wěn)態(tài)，溫度，疲勞，蠕變，斷裂？

每種模型什么特點，什么優(yōu)缺點，注意點在什么地方。

做個有限元分析容易，怎么判斷結(jié)構(gòu)好不好難！

結(jié)構(gòu)好不好，需要豐富的經(jīng)驗。

比如賣豬肉的，

客戶買一斤，售貨員直接能一刀大致切一斤，這是工程經(jīng)驗，

他放稱上一稱，一斤一，這是規(guī)則設(shè)計；

到實驗室精確測量1斤豬肉，去除塑料袋的干擾偏差，排除空氣擾動，水分蒸發(fā)，精確小數(shù)點后3個點，這是有限元分析。

分析完后，經(jīng)過充分考慮您的易胖體質(zhì)以及胃容量和勞動強(qiáng)度，不需要吃一斤，只要吃2.4/2.7=0.889斤即可，這是有限元優(yōu)化。

工程師應(yīng)該能夠判斷，這種非標(biāo)結(jié)構(gòu)到底是不是一個合適的結(jié)構(gòu)？

比如：

簡支梁優(yōu)于懸臂梁，封頭越圓受力越好；

材料利用率上空心管剛度好于實心管；

帶頸對焊法蘭優(yōu)于平焊法蘭；

整體補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)于補(bǔ)強(qiáng)圈；

等等~~

面對稍微超規(guī)范的問題，應(yīng)先判斷它的結(jié)構(gòu)到底怎么樣，有沒有類似結(jié)構(gòu)借鑒。

比如上文的角鋼圈法蘭，工程上一般用于常壓，對于密封沒有特別的要求的設(shè)備。

此時做有限元分析，即使過了，也是掩耳盜鈴。

結(jié)構(gòu)不合理，分析再精確也是白搭。

后記

朋友交流過后，后來沒有再聯(lián)系我，幾月之后偶然想起，問了一下。

回答如下：

大約 結(jié)構(gòu) 的確 是 真的 改了罷。

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