高压法兰内开孔金属O形环密封性能及变形失效分析

针对某压力容器法兰内开孔金属O形环在高压工况下，因法兰结构设计不合理导致O形环过度变形而引起的密封失效问题，建立了三维周期非线性弹塑性模型，分析了法兰侧壁间隙和压缩率对O形环接触应力周向分布和环体变形的影响。试验测试了工作压力下的O形环在不同法兰侧壁间隙和压缩率时的泄漏率，分析了O形环的变形特征，探讨了O形环在高压大侧壁间隙下的变形失效原因。结果表明：建立的有限元模型能准确地模拟O形环的力学行为和变形，计算曲线与试验曲线吻合程度良好；O形环的接触应力对法兰侧壁间隙更敏感，减小法兰侧壁间隙和增加压缩率都能提高O形环密封的可靠性；O形环在高压工况下容易产生颈缩变形，造成接触应力在周向不连续导致泄漏，控制O形环的预紧间隙并发挥法兰侧壁的约束作用能够改善此类变形。研究结果可为高压内开孔金属O形环密封的法兰结构设计提供参考。