法兰、垫片、螺栓连接系统作为一种方便的可拆卸连接结构，是压力容器及管道上必不可少的重要部件，被广泛应用于石油化工、电力、能源等领域

　　它的作用原理是通过螺栓和垫片的连接与密封，保持系统不致发生泄漏。我国的法兰设计采用的是以弹性分析为基础的Waters

　　在联接螺栓的强度设计与校核中，根据螺栓受到的外载，计算螺栓预紧力，再根据不同的工况下的计算公式进行强度计算，如静载荷与动载荷的分析计算。然而法兰中螺栓联接的行为是相当复杂的，受到多种因素影响，工况从初始预紧到操作工况，必须考虑的参数组合复杂，因此准确的计算其各零件的应力，对法兰设计至关重要

　　研究的原因在于目前应用的Waters法计算所得的螺栓预紧力往往达不到控制法兰接头泄漏的要求，尤其是气体介质的密封要求。其实，ASME锅炉压力容器规范中早就指出：根据Waters法求得的“设计螺栓力”仅仅是用来确定需要的小螺栓截面积之用，而实际螺栓预紧力基于下列几方面考虑，必须要大于“设计螺栓力”

　　(1)水压试验压力大于设计压力。

　　(2)考虑到法兰转角、垫片松弛、螺栓伸长等因素，实际螺栓预紧力应该提高至设计值的1.5倍以上。

　　(3)规范中规定的螺栓许用应力仅用于承受设计压力的计算需要，而实际螺栓安装应力包括预紧、压力、温差、外载荷组合产生的应力可达到许用应力的二倍。值得注意的是，Waters法中所列出的垫片参数m、y和b源自70多年前，一无实验基础，二无泄漏率概念，因此利用该方法进行非标法兰的设计时存在泄漏的风险。

　　基于目前法兰设计中存在的问题，利用ANSYS

　　Workbench对法兰进行应力分析，为非标法兰设计提供另一条途径，提出三种法兰的分析方法，并加以讨论。

　　(1)螺栓不建模，零件间的连接使用绑定接触，无螺栓预紧力。

　　(2)螺栓联接使用实体单元，但不建模螺纹，包含螺栓预紧力及摩擦接触。

　　(3)螺栓联接使用实体单元，包含螺纹接触，包含螺栓预紧力及摩擦接触。本文以立式蓄能器的转接凸缘为例，采用上述三种分析方法分别进行分析，并对分析结果进行对比讨论。