[发明专利]一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法

权利要求书

1.一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，其特征在于，具体步骤如下：

S1、获知螺栓法兰接头中法兰(1)、螺母(2)、垫片(3)、螺柱(4)各部件的规格尺寸、材料、螺栓法兰接头内部压力P、服役温度，服役温度为高温；基于选定的紧密度等级，确定螺栓载荷W_m0；

S2、根据螺栓法兰接头泄漏率的室温试验方法，获得基于紧密度的垫片参数G，垫片参数G包含G_b、a和G_s三个参数；以及获得室温下螺栓法兰接头的泄漏率L与室温下的操作垫片应力σ、室温下的装配垫片应力σ_g、垫片参数G、螺栓法兰接头内部压力P之间的关系；

S3、采用有限元计算方法，建立螺栓法兰接头的有限元模型；

S4、在有限元模型上施加温度边界条件，采用热力学分析方法，计算高温下螺栓法兰接头的温度场分布，获得温度场分布结果；

S5、将温度场分布结果作为载荷边界条件之一，同时施加螺栓法兰接头内部压力P和螺栓载荷W_m0载荷边界条件，采用顺序耦合热应力分析方法，进行高温螺栓法兰接头热-结构耦合应力场分析，得到长周期服役初始时刻t＝0时的高温螺栓法兰接头的初始垫片应力σ(0)；

S6、保持螺栓法兰接头内部压力P和螺栓载荷W_m0的载荷边界条件，保持螺柱长度不变，进行高温螺栓法兰接头的蠕变分析，获得高温螺栓法兰接头在长周期服役过程中与服役时间t相关的操作垫片应力σ(t)，σ(t)包括t＝0时的初始垫片应力σ(0)；

S7、建立高温下螺栓法兰接头的泄漏率L(t)与高温下的操作垫片应力σ(t)、高温下的装配垫片应力σ′_g、垫片参数G、螺栓法兰接头内部压力P之间的关系：

L(t)＝F(σ(t),σ′_g,G,P) (1)

式中，F表示函数关系，用高温下随时间变化的操作垫片应力σ(t)代替步骤S2中的与时间无关的操作垫片应力σ，同时将室温下的装配垫片应力σ_g更改为高温下的装配垫片应力σ′_g；

S8、计算高温下螺栓法兰接头在长周期服役过程中与时间相关的泄漏率L(t)。

2.根据权利要求1所述的一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，其特征在于，步骤S3通过ABAQUS或ANSYS有限元分析软件建立有限元模型。

3.根据权利要求1所述的一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，其特征在于，步骤S5所述的热-结构耦合应力场分析包含螺栓法兰接头的预紧、升温、加压阶段。

4.根据权利要求1所述的一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，其特征在于，步骤S6中，服役时间t不小于100小时。

5.根据权利要求1所述的一种与时间相关的高温螺栓法兰接头泄漏率预测方法，其特征在于，步骤S7中，建立高温下螺栓法兰接头的泄漏率L(t)与高温下的操作垫片应力σ(t)、高温下的装配垫片应力σ′_g、垫片参数G、螺栓法兰接头内部压力P之间的关系，如下：

L(t)＝[(145P/14.7)*(1/T_f)]²/150 (2)

其中，

k_f＝log(ησ'_g/G_s)/logT_c (4)

T_c＝(ησ'_g/G_b)^(1/a) (5)

σ'_g＝(G_b/η)(T_n)^a (6)

式中，η为装配效率，T_n为计算装配紧密度，与紧密度等级相关。