摘要：管接头也称管法兰，是在各种管道连接中的主要部件，其广泛用于机械、石化、水利、船舶等管路系统。管接头连接结构由管接头、管接嘴和密封垫片组成，其密封的失效行为主要表现为泄漏。在管接头连接结构中起到主要密封作用的元件是垫片，通过螺纹连接产生的预紧力压紧垫片，从而实现密封的目的。所以，选择合适的垫片对研究管接头的密封性极其重要。本文选用了Ni-Ti合金材料制成的垫片，围绕管接头连接结构设计了相关的试验装置，并对管接头连接结构进行了试验测试和有限元数值模拟。主要研究内容如下：

（1）查阅了关于管接头与形状记忆合金的文献，并做了相关综述。介绍了管法兰的一些制造标准，并对国标做了概述；介绍了形状记忆合金材料的特点，总结了Ni-Ti合金的发展现状；介绍了垫片的两种泄漏形式，根据泄漏形式对传统材料与Ni-Ti合金材料做了密封性能的比较。

（2）根据管接头的结构特点设计了试验装置。绘制密封结构相关图纸并进行加工，对试验装置所需元器件进行选购，最后搭建了适用于管接头的泄漏率试验平台。

（3）研究了管接头与NiTi合金垫片密封连接结构的泄漏率。测试了管接头结构在不同拧紧力矩（210、235、260MPa）与不同介质压力（0.6，0.8，1.0，1.2，1.4MPa）下的泄漏率；测试了管接头结构在长时间加载情况下，泄漏率随时间的变化规律；建立了泄漏率模型，分别对两部分试验数据分析与拟合，得出了泄漏率的计算公式。

（4）基于有限元软件研究了管接头连接结构的应力情况。构造了管接头的有限元模型，对其进行分析计算；根据有限元结果，分析了密封面上应力分布情况和有效密封宽度；将有效密封宽度引入到泄漏率模型中，结合试验数据拟合得出关于三个变量的计算公式。

关键词：管接头  Ni-Ti合金  垫片  泄漏率  有限元

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1选题依据和课题背景-1

1.2国内外研究现状-1

1.2.1管接头-1

1.2.2NiTi形状记忆合金-2

1.3密封泄漏形式与垫片材料比较-3

1.4本课题解决思路或试验方法-4

2试验测试装置-5

2.1试验概述-5

2.1.1试验原理-5

2.1.2试验流程-5

2.2密封结构-6

2.3其他主要部件-7

2.3.1微差压传感器-7

2.3.2其他电子仪器-8

2.3.3高压气源与减压阀-9

3管接头连接结构泄漏率试验-10

3.1引言-10

3.2管接头密封连接结构失效形式-10

3.3试验准备-10

3.3.1试验试样-10

3.3.2试验方案-12

3.4泄漏率与预紧力和介质压力关系试验-13

3.4.1泄漏模型-13

3.4.2试验结果分析-15

3.5泄漏率与时间关系试验-18

4管接头连接结构有限元分析-20

4.1引言-20

4.2有限元建模-20

4.2.1几何图形-20

4.2.2材料性能参数-21

4.2.4网格划分-21

4.3管接头连接结构的整体应力分布-22

4.4密封面应力结果分析-23

4.4.1密封面应力分布情况-23

4.4.2以特征应力计算有效密封宽度-24

4.4.3以泄漏率为标准计算有效密封宽度-27

5结论-30

参考文献-31

本科期间成果及参与的项目-34

致谢-35