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角钢法兰做分析 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。
后记 朋友交流过后，后来没有再联系我，几月之后偶然想起，问了一下。
回答如下：
大约 结构 的确 是 真的 改了罢。
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发表于 2019-11-1 09:23:32
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