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法兰作为压力容器设备和压力管道部件,对容器及管道的安全运行至关重要。大多数国家的设备法兰设计标准主要基于弹性力学分析的Taylor-Waters法,法兰尺寸经多次试算校核而得。为提高非标设备法兰设计的精确性和设计效率,本论文针对整体设备法兰,利用ANSYS有限元软件,对法兰强度和刚度进行了有限元分析和数值计算,研究了法兰部分结构参数对法兰应力和转角的影响。在此基础上,采用ANSYS APDL参数化设计技术与VB编程工具,开发了基于有限元分析(FEA)的设备法兰工程设计软件。首先,介绍了Taylor-Waters法的基本原理和法兰设计过程,针对某工程实际中的整体设备法兰,依据ASME Ⅷ-2-4.16中设计过程和计算公式,进行了法兰结构尺寸的初始设计计算；采用ANSYS软件建立了整体法兰有限元模型,对法兰应力和法兰盘转角进行了有限元分析和计算,并与ASME Ⅷ-2-4.16计算结果进行了比较；基于Taylor-Waters理论分析法和应力分类法给出了法兰分析设计中应力和转角校核判据。其次,通过有限元计算研究了包括法兰环厚度、锥颈大端厚度、锥颈高度、螺栓间距等法兰几何结构参数、垫片尺寸对法兰强度和刚度的影响。第三,采用Visual Studio 10.0中VB编程工具和ANSYS APDL参数化设计技术开发了基于有限元分析的设备法兰工程设计软件CFFEA.该软件通过交互式操作界面实现法兰数值计算、结构优化设计、结果获取、自动生成报告等功能。该软件不仅可以基于有限元法进行法兰优化设计,还可以基于ASME Ⅷ-2-4.16公式进行法兰常规设计。作为CFFEA软件的应用案例,采用该软件对某工程中使用的法兰进行了优化设计,设计结果满足ASME Ⅷ-2-4.16中对强度和刚度的要求。