——转自压力容器唯心不易

一朋友发过来一图，

“急，这个法兰结构需要做应力分析。”

我一看，原来是是一个角钢法兰。

角钢圈带全平面垫片，加一块平板，平板上面做了两个加强筋。

其设计参数如下：

温度和压力不算高，但是为啥需要做应力分析呢？

分析万能？

我问：

问为何不用常规法兰和平盖计算？

朋友回答说：

业主工程图用的角钢，不愿意改，说是应力分析一下就行了，反正分析什么都能做。

我又看了结构，然后和朋友说：

这本质上是一个密封问题，建议不要采用应力分析来做。

朋友问：

如果业主坚持用这种结构呢？如果业主坚持用应力分析来校核这种非常规结构呢？

我回答说：

应该说服业主，不要用应力分析，直接修改结构。

为什么不用分析？

为什么这个结构，不应该优先选择应力分析来解决呢？

我解释道：

1. 规范不合适

角钢做法兰一般是用在对密封没有什么要求的情况，比如设备是常压或者压力非常非常低。主要原因是角钢密封是非常困难的。

根据NB/T 47003.1的表6-4，平盖结构图，是有类似结构的。

这种结构的适用范围为0.002MPa，即0.02Barg，而我们这台设备是3.5Barg，水压试验4.4Barg，远远超过规范的允许。

2. 密封问题复杂

密封问题是非常复杂的，尤其是设计法兰垫片螺栓系统，需要做接触分析，用到的假设太多，很多数据只是猜测，并不准确。计算的结果是否可信真是一个问题。

这不是强度问题，算一下应力即可。密封不仅仅强度要足够，还要保持足够的刚度，角钢太薄弱。

3.  角钢制造比较麻烦

从加工方面来说，法兰密封面要机加工，才能保证密封性能。

用角钢，看上去将角钢围成一圈即可加工完成，方便省事。

但是角钢是个结构件，表面坑坑洼洼，加工后的圆度平面度无法保证，如果带压，必定要漏。

如果将角钢加工完成后，再机加工一下，那么为什么不用板材直接加工呢？还省去煨制的步骤。

4. 常规计算完全合适

这个设备按照常规平焊法兰计算完全可行，成熟稳定，可靠性高。

为什么要用分析去证明角钢可以呢？

为什么不直接用常规的平板法兰计算？

从压力和垫片My值可以预计，这个法兰并不会很厚。造价不会比角钢贵多少。

为什么没有难度也要创造难度上？

如果业主或厂家是想证明角钢也可以耐压，当做一个试验，那么我支持，虽然结构很差，但是知道角钢承压极限，也是件乐事。

如果是一个项目，那么我强烈不建议用这种有风险的结构。

如果到时候水压不过，各个方面都会非常难受。

5. 接触分析的模糊地带

这个结构是螺栓法兰垫片系统，如果真要分析，是一个接触分析。

接触分析，是一种边界条件非线性问题，接触体的接触面积和压力分布随外载荷变化而变化。

对于非接触静力学问题，大部分人计算结果是差不多的，区别往往只是网格疏密造成的应力大小有区别，不影响整体的精度和准确性。

非线性问题，计算起来比较复杂，和人的操作有很大的关系。不同的人，可能计算结果会相差很远。

非线性需要设置的量很多，非线性算法也有很多选择，不同的人设置不同的值，后面结果自然五花八门，通过调整参数，甚至将不合格做成合格的。

对于角钢法兰来说，有很多数据是不确定的，比如垫片的弹性模量，薄角钢的螺栓预紧力，my值。（当然可以参照GB150选取，但是你都按照150计算了，那么为什么不直接用GB150算全套法兰？）

更不要说非线性的收敛非常麻烦，与网格精度，边界条件，载荷步等一系列因素相关。

本身一台常压设备，采用这么个复杂的，低可靠性，算完还要机加工的分析，这不是大炮打蚊子，打完还要收尸吗？

所以我的意见是：

费时，费力做分析，得到一个可靠性低的分析报告，制造一个可靠性低的结构，加工成本还高。

这究竟是图啥？

改成平焊法兰，可靠，迅速，常规加工，几乎都是优点。

什么是好结构？

遇到太多的朋友，一遇到非标的结构，第一个想到的竟然是：

做个有限元分析。

仿佛分析能够解决所有问题。

雷军说：

不要用战术上的勤奋掩盖战略上的懒惰。

遇到新结构，应该想想，这个结构到底是一个什么模型？

均布梁，简支梁，圆平板，静力学，动力学，瞬态，稳态，温度，疲劳，蠕变，断裂？

每种模型什么特点，什么优缺点，注意点在什么地方。

做个有限元分析容易，怎么判断结构好不好难！

结构好不好，需要丰富的经验。

比如卖猪肉的，

客户买一斤，售货员直接能一刀大致切一斤，这是工程经验，

他放称上一称，一斤一，这是规则设计；

到实验室精确测量1斤猪肉，去除塑料袋的干扰偏差，排除空气扰动，水分蒸发，精确小数点后3个点，这是有限元分析。

分析完后，经过充分考虑您的易胖体质以及胃容量和劳动强度，不需要吃一斤，只要吃2.4/2.7=0.889斤即可，这是有限元优化。

工程师应该能够判断，这种非标结构到底是不是一个合适的结构？

比如：

简支梁优于悬臂梁，封头越圆受力越好；

材料利用率上空心管刚度好于实心管；

带颈对焊法兰优于平焊法兰；

整体补强优于补强圈；

等等~~

面对稍微超规范的问题，应先判断它的结构到底怎么样，有没有类似结构借鉴。

比如上文的角钢圈法兰，工程上一般用于常压，对于密封没有特别的要求的设备。

此时做有限元分析，即使过了，也是掩耳盗铃。

结构不合理，分析再精确也是白搭。