今日话题—储氢瓶上的阀门或者端塞的预紧力和扭矩怎么计算呢？_理论_材料_试验

今日话题—储氢瓶上的阀门或者端塞的预紧力和扭矩怎么计算呢？

关于预紧力，我们先看一下它的定义：预紧力是指在安装螺栓等连接件时，预先施加于连接件上的作用力，使连接件在没有承受工作载荷之前就处于被拉伸或压缩的状态。以螺栓连接为例，当拧紧螺栓时，螺栓会被拉长，这时候螺栓内部就产生了预紧力。其目的是保证连接的紧密性、可靠性和刚度。

关于预紧力的理论计算，主要由三种形式：

利用扭矩系数计算（对于螺纹连接）

对于螺栓连接，预紧力和拧紧扭矩之间的关系可以用公式来表示，其中是螺栓的公称直径，de有效螺纹直径，是扭矩系数。

扭矩系数与螺纹副的摩擦系数、支承面的摩擦系数以及螺纹升角等因素有关。一般情况下，通过试验来确定值。在实际计算中，如果没有试验数据，对于普通的钢质螺栓连接，值通常在 0.1 - 0.2 之间。

利用胡克定律计算（考虑螺栓伸长量）

根据胡克定律，在弹性范围内，应力与应变成正比，即，对于螺栓来说，轴向应力，其中是螺栓的横截面积（，为螺栓直径），应变，其中是螺栓的伸长量，是螺栓的原始长度，预紧力为。

做一个算例：

已知螺纹为1 1/2 UNF（统一英制细牙螺纹），材料屈服强度为 250MPa，公称直径换算成毫米约为 38.1mm，即 0.0381m，有效直径需要进行详细查一下，假设有效就是按38.1mm计算。

摩擦系数：假设阀门螺纹处及相关密封、配合面的摩擦系数（实际会受表面处理、润滑情况等诸多因素影响，这里取一个大致估计值）

预紧力系数：设预紧力系数 （通常取值范围在 0.1 - 0.3 之间，依据具体连接要求等确定）。

计算预紧力

根据预紧力计算公式，这里暂且用公称直径近似替代有效直径（实际操作中可精准替换），代入数值可得：

计算螺栓扭矩

对于这种规格的螺纹，采用常用的扭矩计算公式，其中为经验系数，对于英制细牙螺纹，取值大概在 0.18 - 0.22 之间，此处取，将各数值代入可得：

在实际应用场景中，必须充分考虑氢气的压力、温度、阀门的具体结构特点、密封材料性能以及实际使用环境等诸多因素，对计算出的扭矩值进行适当的调整优化，好了今天的案例就到这里了。

来源：气瓶设计的小工程师

简单的做个固定式压力容器

一、甲方需求：工作压力：20MPa；水压试验压力：35MPa；需求容积：3000L；介质：H2长度边界：5000mm二、分析开始由于是简单的进行设计计算，这里不考虑压力之外的风荷载、地震荷载以及相应外力荷载；开始需求分析:压力较为常规，由于是氢气，选材应考虑氢气相容性，因此选择316L作为设计材料，材料屈服450MPa，抗拉600MPa；三、数据计算开始初步计算厚度：厚度公式应用GB/T5099.1（按设计标准的话，其实应该引用GB/T150压力容器，有兴趣的小伙伴可以按GB/T150计算一下，看看和我的有多少差别）容器外径取1000mm，计算壁厚35mm；简单的一个结构设计，两端封头采用半圆，与圆筒焊接后，采用无损全检，开了一个口（假设在这里放氢气，顺便帮大家回忆一下我之前讲的圆孔应力集中效应）四、仿真校核仿真流程我就不讲解了，相信我们小伙伴都会；是不是发现应力最大到了792MPa，但筒体的应力才230MPa左右。所以你要第一时间想到，一定是你开孔的位置出现了问题。没错，就出现在这个位置。这个我之前讲过，开口效应。怎么做在我这篇文章中；https://mp.weixin.qq.com/s/5vghpXMAS6gaAJg2QEyNSA?token=291845215&lang=zh_CN&poc_token=HDnSaGejEHki2lDcwgPtAQH8yLNEDjnjXowcKWD3接下来渲染一下：来源：气瓶设计的小工程师