某水下卡箍連接器卡箍結構設計計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u15383某水下卡箍連接器卡箍結構設計計算案例 1209751.1卡箍結構設計 187691.2卡箍受力分析 1141861.3螺栓的預緊力的計算及選型 2293141.4卡箍整體結構的有限元分析 2卡箍連接具有結構緊湊、密封可靠，加工、制造和安裝較方便等明顯優(yōu)勢。在高壓容器及管道連接方面有較廣泛的應用。1.1卡箍結構設計超高壓容器常用的連接形式是卡箍連接，一般分為帶齒和不帶齒兩種類型。帶齒卡箍通過鋸齒形螺紋承受軸向載荷實現(xiàn)連接，若螺紋強度足夠，則密封的可靠性就可以得到保障；不帶齒卡箍連接則依靠卡箍的斜面與法蘭的斜面緊密配合來實現(xiàn)連接，并且卡箍需要具有足夠的強度和一定的橫截面積，在保證剛度的前提下，密封的可靠性也可以得到保障。本設計考慮到水中復雜工況，選擇設計不帶齒卡箍?？ü客ǔＳ蓛善蛘呷春隙?，用于連接的螺栓僅用于連接，并且螺栓要求能夠提供預緊狀態(tài)下的預緊力，從而使被連接的兩個斜面緊密接觸，從而達到預緊狀態(tài)?？ü啃泵娴膬A角一般為5~7°，小于摩擦角，因此連接器在工作時并不會增大卡箍上的軸向力，也基本不會改變螺栓的受力狀態(tài)。本設計選用傾角為6°。1.2卡箍受力分析經(jīng)過分析，卡箍施加的軸向力需要滿足密封圈左端及右端所需要的軸向力，受力分析圖如圖1.7所示：圖1.圖1.7卡箍受力示意圖圖中Fa’為卡箍為法蘭提供的軸向夾緊力，F(xiàn)r’為卡箍為法蘭提供的徑向夾緊力，F(xiàn)’為合力。分析可得卡箍軸向力fa’與密封環(huán)所受軸向力Fa為相互作用力，則Fa’=52031.01794N?？ü啃泵鎯A角為6°，則Fr’=5468.785455N。1.3螺栓的預緊力的計算及選型分析過程如下：兩個卡箍半環(huán)共承擔密封環(huán)兩端面上共兩個密封接觸面初始密封狀態(tài)的建立，將兩個卡箍半環(huán)簡化為一個完整的卡箍環(huán)，密封環(huán)所需軸向力為Fa，則卡箍需要提供大小為Fa的力經(jīng)由法蘭傳遞至密封環(huán)，用于夾緊密封環(huán)兩端的兩個軸向夾緊力是大小相等，方向相反的關系，已經(jīng)相互抵消。而對于卡箍而言，提供的兩個徑向夾緊力由于方向相同，則無法抵消，轉而形成了合力。經(jīng)過上述分析，螺栓在初始密封狀態(tài)時需要提供2倍Fr’的預緊力，即10937.57091N。最終選用螺栓參數(shù)為11/8’’8UN，螺母選用與之配套的螺母即可。螺栓和螺母的制造材料需選用船用結構鋼。1.4卡箍整體結構的有限元分析（1）網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分結果如圖1.8所示圖1.圖1.8卡箍網(wǎng)格劃分（2）卡箍應力分析卡箍應力分析圖如圖1.9所示圖1.9圖1.9卡箍應力分析圖（3）有限元分析結果評估網(wǎng)格劃分方面，網(wǎng)