法兰的边界条件分析
法兰需要采用三维接触分析吗？
法兰是压力容器中最常见的部件。经常遇到有朋友问，如果一个法兰需要分析其应力，并评定其安全性，应该选择采用什么样的模型以及边界条件，是否一定要建配对法兰，垫片，螺栓螺母，采用三维模型接触分析呢？
我的意见是：一般情况下，如果只是法兰的分析，大可不必三维接触分析。法兰分析采用平面模型不但计算量低而且计算的更为准确。
规范中的WATERS法计算法兰就是采用的轴对称模型。分析中用轴对称，然后结合规范中的载荷施加方法，就很容易获得法兰的边界条件。
这种边界条件对吗
我们经常可以看见，很多朋友在计算法兰时，采用的是轴对称单元，然后施加的边界条件如下图：
其中的螺栓载荷为Pb，采用的是操作工况下的螺栓载荷。
采用这种边界条件非常普遍：
边界条件为：
施加内压，垫片压紧力Pf和操作工况的螺栓作用力Pb。
但是认真想一想，我们用常规的Waters法计算法兰时，采用的是操作工况的螺栓载荷吗？
我们的法兰很多时候是预紧状态控制的！
由介质压力以及有关垫片参数m，y和垫片有效宽度b计算所得的操作状态下螺栓力Wm仅用来确定设计状态下的最小螺栓截面积，如果将其作为实际的螺栓安装预紧力，是不能保证法兰接头密封要求的，很大概率是要泄露。
另外垫片被压缩时，是外紧内松的，垫片处的Pf=2mPc，等效力不是均匀分布的，而且对内压，垫片载荷Pf，螺栓力Pb，其三者是无法平衡的。
所以采用这种边界条件，计算出来的法兰，可以发现，法兰部分都是应力比较低的，分析的计算结果用来评定法兰本体，是完全不可信的。
以前的一篇文章对比过两种载荷施加方法：
采用操作状态的螺栓力，应力最大处在小端和法兰连接处，最大应力值为52.29MPa.
相对于前面的结果.15MPa，是非常小的。
从SW6的计算书来看，法兰的应力是很大的，没有多少裕量。所以结果52.29MPa，没有考虑螺栓预紧的螺栓载荷控制了法兰的厚度，是不可信的。
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