法兰连接作为化工设备等过程装备的重要密封部件,对设备的安全运行起着极其重要的作用。因其密封性能好、拆换便捷、强度高等优点,广泛应用于石油化工、国防工程及航空航天等领域。设备运行时法兰连接受力不均匀则影响垫片应力分布,引起法兰密封性下降,甚至于失效,而前人对法兰连接受力非均匀性的研究多为定性分析。所以,本文以换热器管箱法兰为研究对象,建立评价应力分布非均匀性的指标,并利用ANSYS及MATLAB软件,对不同工况下法兰连接受力非均匀性进行定量分析,本文所做工作如下:(1)基于Waters弹性理论,讨论法兰连接结构的受力与变形关系,得出法兰连接受力平衡方程与变形协调方程。(2)利用有限元软件建立法兰连接结构三维仿真模型。在预紧工况下对螺栓非均匀预紧模型进行分析,得出应力分布与变形规律,分析可知在非均匀预紧时,由于预紧载荷波动,密封垫片周向应力分布不再均匀,应力分布非均匀程度提高。在操作工况下对非均匀温度场耦合仿真模型进行分析,可知在非均匀温度场中,密封垫片不同区域密封效果相异,法兰结构容易密封失效。(3)引入应力分布非均匀性的概念,建立了评价应力分布非均匀性的指标,采用MATLAB软件对有限元仿真数据进行计算,对不同工况下法兰盘、垫片、螺栓截面应力分布非均匀性进行定量分析,得出在非均匀温度场中不同载荷幅度变化率下,垫片应力非均匀系数λ的增长率。(4)对法兰连接紧密性进行分析,得出非均匀温度场作用下,螺栓预紧载荷变化幅度与法兰变形规律,并对非均匀温度场中法兰连接的紧密性进行评估;基于法兰连接受力非均匀性的分析,得出了垫片受力分布非均匀性指标与紧密性参数T_p关系。