ASME和GB两种力学模型哪个更为合理？

简介：本文主要讨论全平面密封法兰的力学模型问题，比较ASME与GB两种力学模型的合理性。无论是GB还是ASME都是把法兰结构认为是一种带有一个支点的梁结构，该梁结构弯矩是平衡的，法兰承受弯矩产生应力，其应力则需要满足强度校核条件。其中GB相较于ASME而言其计算厚度偏厚，因为GB考虑的弯矩相较于ASME偏大，则计算应力偏大。经过本文的讨论，认为ASME的力学模型更为合理。

GB的弯矩公式

根据GB公式不难看出，其力学模型认为螺栓中心是梁的支点位置，Mo是平衡力矩（注：平衡力矩MR是指法兰受压力作用发生弯曲，绕支点旋转与对面法兰接触产生反向力矩），由其确定法兰厚度。（注1：垫片的垫片压力区域（见b''）仅考虑有效密封宽度区域）

ASME的弯矩公式

由ASME的计算公式可以看出，其力学模型并没有一个平衡力矩(MR)存在。决定法兰厚度的分别取决于两个力矩Mo和Mg. 由Mo的公式不难看出ASME的力学模型认为梁的支点位于螺栓中心，但是同时忽略了HG和H’G的影响，也就是认为这两个弯矩产生了抵消。 而由Mg的公式不难看出为了满足密封条件，垫片产生一个反向弯矩使垫片能够产生足够的垫片压力实现密封。（注2：垫片产生压力的区域横跨螺栓两侧）

所以ASME与GB两者的力学模型区别主要在于有效密封区域到垫片最外缘的区域是否存在垫片压力。ASME认为存在垫片压力，那么梁的力矩平衡就应该由垫片的压力提供（见图2），GB认为不存在垫片压力（见图1），则梁的力矩平衡就由平衡力矩（MR）提供。但是由于法兰变形的连续性，与垫片全平面分布的特点，显然上述区域垫片都是处于压紧状态的因此是存在垫片压力的（见图1），与注1不符，因此本文认为ASME的力学模型更为合理。

图表 1（有平衡力矩MR）

图表 2（垫片提供平衡力矩）

ASME和GB两种力学模型哪个更为合理