垫片密封是由螺栓、法兰和垫片组成的一种密封结构,它是石油化工设备和管道中最常用的连接形式,其中垫片是最主要的密封元件,它的性能直接影响连接系统密封的可靠性,所以,本文研究各种载荷下垫片的应力大小及分布趋势,这对垫片的使用以及对泄漏的防治具有重要的意义。首先,介绍了垫片的一般结构和种类；分析了垫片应满足的基本性能和评定垫片密封性能几个指标；对螺栓法兰连接系统进行了形状简化和受力分析,得出螺栓力和垫片反力的计算公式；应用Timosenko理论,对系统载荷与变形之间的关系进行深入分析,得出各元件间的变形协调方程,与Waters理论相比,更能真实地反映其受载情况。其次,分析了垫片的密封机理及其在加载和卸载时的密封过程,给出了垫片预紧应力的计算公式和影响因素；并用紧密性参数来衡量密封的紧密度,对紧密性等级进行了划分；研究了垫片密封失效的原因,得出了影响垫片密封失效的因素,并建立了反映垫片密封失效的模型。最后,本文选取ASMEB16.5的NPS4 Class150标准法兰为模型,用有限元参数化设计语言(APDL)建立了参数化三维有限元模型,去模拟垫片材料的非线性特性。首先研究了系统在预紧和逐渐施加内压载荷的作用下对垫片应力的影响,研究表明,此时垫片的应力分布规律基本一致,且随着内压载荷的升高,同一部位的应力强度数值相应增大,此时在法兰锥颈处出现了最大的应力强度,这与实际的情况是一致的。其次研究表明,螺栓预紧力的大小对垫片应力的大小及分布有重要影响,垫片应力随螺栓预紧力的增加而相应增大。最后研究表明,无论预紧工况还是操作工况,随着内压载荷的升高,垫片应力沿周向及径向都是不均匀分布的,垫片径向应力随预紧力的增大而增大,随内压的升高而升高,垫片外侧应力较内侧应力大,其应力的具体分布情况受各个元件的性质和具体的工况条件所影响。