本论文以U形管换热器法兰夹管板接头为研究对象,考虑垫片材料压缩的非线性特性和压缩-回弹时的时滞效应,将法兰接头各元件看成一个系统,研究各元件的相互作用,建立了管板-法兰-垫片-螺栓连接系统的非线性三维有限元分析模型。通过计算得到了接头整体和各元件的变形和应力分布情况。研究了垫片的时滞效应、管壳程不同的压力以及法兰接头的部分参数变化对法兰接头强度和密封性能的影响。在上述有限元分析模型中,带孔管板根据ASME规范简化为无孔等效板。把有限元分析得到的管板应力分布与GB151设计规范进行对比,结果表明,管板上的最大应力是位于管板中心上下表面处的径向应力,而且有限元结果和规范结果吻合的很好,误差不超过8%。考虑垫片时滞效应的分析结果表明,垫片的时滞效应对法兰接头的密封性能有着非常重要的影响。垫片在预紧和受内压作用时,其上的压紧应力在周向和径向的分布都不均匀。当管程压力大于壳程压力时,管程垫片内侧的残余压紧应力急剧降低,导致介质渗入密封界面,降低接头的紧密性;而壳程垫片内侧残余应力升高,外侧残余应力急剧降低。螺栓预紧力的大小对垫片压紧应力的大小及分布有重要影响。螺栓在预紧时不但受拉伸,而且受弯曲;有内压时,螺栓中的拉应力