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衬环剪切应力
衬环法兰的计算需要校核衬环的剪切应力。
其校核方法可以按照GB/T 150.3，7.5.3.3.3节：
公式很简单，就是剪切载荷W除以剪切面积A，得到剪切应力。
剪切应力的许用应力为0.8倍的许用应力。
一般的标准衬环管法兰不需要校核剪切应力，比如衬环材料是锆，钛等。
但是如果衬环材料许用应力值大大低于法兰材料的许用应力，通常需要校核剪切应力。比如衬环材料是铝，非金属等。
管法兰的剪切应力校核会遇到管法兰本身计算不通过，但是衬环可以通过。此时可以只考虑衬环通过，活套管法兰本体可以通过查法兰的最大允许工作压力来保证安全。
衬环受力分析
在ASME VIII I的衬环法兰的设计中， 也要求校核衬环强度。
在实际设计时，很多制造商都注意了这个问题，很多时候，一些非金属的活套衬环，都有加厚。有时候还会用一些改进的结构。
比如下图，活套衬环是整体加工的，衬环的受力更好。
这种衬环如何校核呢？一般来说可以按照GB150.3进行初步校核，计算剪切力。
如果要求严格，可以考虑用分析，检查一下实际的应力分布。
其边界条件为：
其中Fb的计算如下：
a) 从常规计算提取操作和预紧状态下的螺栓载荷，Wm1以及W
取其两者中的大值，记为Wb，大多数情况下，剪切力由预紧状态决定。
b) 计算内压引起的等效力H，到垫片中心圆处。
c) 由于内压已经施加，所以内压引起的轴向力H需要从Wb中去除，所以Fb=Wb-H。
按照这种方式施加载荷：
运行后得到的应力分布为：
查询其剪切力分布为：
FEA得到的剪应力为26.76Mpa。
根据GB150.3的计算剪切力公式，理论上的剪切力为23.6MPa。
其结果还是比较接近的。
分片活套法兰
目前GB150.3只能计算一块整体的活套法兰。
有些情况下，由于安装需要，会将活套法兰分成2片法兰，最后再安装。
某项目中，发现制造商提供的计算书，分片的活套法兰的厚度为86mm，配对的整体法兰厚度为102mm。
这个厚度的第一印象是，肯定是哪里出问题了，因为分片活套法兰一般比整体法兰要厚。按以前经验，考虑刚度的活套分片法兰，比整体的活套法兰要厚一倍左右。
查看计算书，发现主要问题是软件中Number of Splits in Ring的值输入错了。
此处容易望文生义，认为1就是活套法兰为一片，2是将活套法兰切了一刀成了2片。
果然制造商的理解就是，1为整个圆环，后续不好拆卸。
其实软件help里面有很详细的解释，此处的值有3种： 0：活套法兰未切割，为整体 1：活套法兰切割了一刀，分成两片。 2：活套法兰切割了两刀，分成四片。
这三种有什么区别呢，可以参考ASME VIII I 附录2-9的规定。
假设整体的活套法兰厚度为T。
活套法兰分成两片时，法兰设计力矩需要翻倍，即法兰厚度会增加到1.414*T。
活套法兰分成四片时，法兰设计力矩为75%，所以法兰的总厚度（假设厚度方向两片厚度相等）会增加到2*sqrt（0.75）=1.73*T。其中每片活套法兰为0.866T。
虽然GB150.3中没有提到分片法兰，但是实际设计中，还是按照ASME的要求的。
比如GB151-2014的钩圈，其钩圈的设计力矩也是乘2的。
你以为规范没考虑，其实很多时候是不屑于表达。
活套法兰的刚度
通知制造商修改活套法兰计算时软件里的分片数，制造商更新了计算书，将厚度从86改为130mm。
重新查看计算书时，竟然找不到法兰的刚度计算。
制造商发截图过来，的确是勾选了刚度，但是计算书中就是没有！
感觉非常奇怪，于是自己也把活套法兰尺寸输入PVElite2018版，看看效果。结果发现如果勾上刚度校核，法兰的厚度将要达到180mm。
由于PVElite软件版本换成最新版的需要安装win10系统，所以一直没有更新成最新版本，对于计算书中刚度缺失，不确定是制造商设计人员操作失误还是规范把刚度计算取消了。
不管是哪种，先提出问题，一起想办法。
如果相信厂家是诚实的，软件是可靠的，那么肯定是规范取消了刚度计算。
找了一下，果然在规范的2-9（d）这条里，把刚度的校核取消掉了。
查了一下2017版本的规范，其中是没有（d）这条的。
所以总算放心了。
想想原先的活套法兰都校核刚度，白白浪费了多少材料！
悟已往之不谏，知来者之可追。实迷途其未远，觉今是而昨非。 --陶渊明
ASME更新换代太快了，所以计算时采用最新版本的软件是非常重要的，个人可能忙于项目，难以注意到这些生僻处的修改内容，此时软件给了一个很好的辅助，减少出错的概率。
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发表于 2021-4-6 09:55:48
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