解析結果

Fig. 3- 11 ガスケット接触面における円周方向の応力分布結果

（初期締付け時→内圧負荷時→曲げモーメント負荷時:A1050）

Fig. 3-12 ガスケット接触面における半径方向の応力分布結果

（初期締付け時→内圧負荷時→曲げモーメント負荷時:A1050）

Contact gasket stress [MPa]

θ [degree]

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

0 45 90 135 180

1o(30kn) 2o(7mpa) 3o(2.5knm) 4o(5knm)

①Bolt preload :30kN

②Internal pressure :7MPa

③Bending :2.5kN-m

④Bending :5kN-m

Contact gasket stress [MPa]

r [mm]

-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

0 1 2 3 4 5

1…

①Bolt preload :30kN

②Internal pressure :7MPa

③Bending :2.5kN-m

④Bending :5kN-m

Contact gasket stress [MPa]

r [mm]

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

0 1 2 3 4 5

1c(30kn )

①Bolt preload :30kN

②Internal pressure :7MPa

③Bending :2.5kN-m

④Bending :5kN-m

Fig. 3-13 ガスケット接触面（0°）における半径方向の応力分布結果

（初期締付け時→内圧負荷時→曲げモーメント負荷時:A1050）

図 3-14は，アルミニウム製金属平型ガスケット付き管フランジ締結体におい て，ボルト初期締付け力Ffを 30kNで締付けた後に，まず曲げモーメントMを

5kN-m負荷しその後に内圧 P を 7MPa付加した場合の円周方向のガスケット接

触応力分布の解析結果を示し，図3-11 とは内圧と曲げの負荷の順番を変えてい る結果である。図中のラインの色は図3-11 と同じにしており，それぞれ水色線 がボルト初期締付け時（Ff=30kN），紫色線は曲げモーメント負荷（M=5kN-m） 時，赤線が内圧負荷（P=7MPa）時の金属平型ガスケット接触応力分布を示す。

図3-15および図3-16は，それぞれ管フランジの下部（θ=180°）および上部（θ=0°） における半径方向のガスケット接触応力分布の解析結果を示す。この解析では 分割メッシュをやや大きくして解析したために，図3-14に示す円周方向の解析 結果に波が表れているが，曲げモーメントを負荷すると円周 θ 方向にガスケッ ト接触応力に大きな差異が発生すること，および内圧負荷により一様な接触応 力の減少が認められる。また，最終的なガスケット接触応力は負荷の順番によ ってほとんど変わらないことがわかる。

図3-17および図3-18は，うず巻き形ガスケットで同様な解析を行った高木ら

(185,186)の結果を示す。応力の方向は，本研究と逆でプラス表示になっているが絶

対値で比較する。うず巻き形ガスケットでは，内圧および曲げの負荷の順番に よって密封性能が変化し，高木ら^(185,186)は先に曲げを作用させる方が密封性能の 低下が大きいとしているが，最終的なガスケット応力はいずれも80MPa程度残 っていることがわかる。一方，金属平型ガスケットにおいては，図3-11～図3-16 の解析結果および図3-6の漏えい量の比較結果で示すように，曲げモーメントが 作用すると引張側のガスケット接触応力の減少により，それに伴い漏えい量が 増大する。曲げモーメント5kN-mの場合にはガスケット接触応力が-20Mpa程度 となり漏えい量は10⁰オーダーとなる。曲げモーメントが半分の2.5kN-mの場合 においては，ガスケット応力が-60Mpa程度となり漏えい量は10^-2オーダーとな り，FEM解析により締結体からの漏えい量が推定可能である。

Contact gasket stress [MPa]

-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

0 45 90 135 180

1o(3 0kn)

θ [degree]

①Bolt preload :30kN

②Bending :5kN-m

③Internal pressure :7MPa

Fig. 3-14 ガスケット接触面における円周方向の応力分布結果

（初期締付け時→曲げモーメント負荷時→内圧負荷時：A1050）

Contact gasket stress [MPa]

r [mm]

-180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

0 1 2 3 4 5

①Bolt preload 1t…:30kN

②Bending :5kN-m

③Internal pressure :7MPa

Fig. 3-15 ガスケット接触面（180°）における半径方向の応力分布結果

（初期締付け時→曲げモーメント負荷時→内圧負荷時：A1050 ）

Contact gasket stress [MPa]

r [mm]

-200 -180 -160 -140 -120 -100 -80 -60 -40 -20 0

0 1 2 3 4 5

1…

2…

①Bolt preload :30kN

②Bending :5kN-m

③Internal pressure :7MPa

Fig. 3-16 ガスケット接触面（0°）における半径方向の応力分布結果

（初期締付け時→曲げモーメント負荷時→内圧負荷時：A1050 ）

Fig. 3-17 内圧負荷後に曲げモーメント負荷を加えた場合の 締結体からの漏えい量測定結果（うず巻き形ガスケット）⁽¹⁸⁵⁾

Fig. 3-18 曲げモーメント負荷後に内圧負荷を加えた場合の

締結体からの漏えい量測定結果（うず巻き形ガスケット）⁽¹⁸⁵⁾

80 90 100 110

0 45 90 135 180

①初期締 付け

Contact gasket stress [MPa]

θ [degree]

①Bolt preload :40kN

②Internal pressure :4MPa

③Bending :5kN-m

80 90 100 110

0 45 90 135 180

①…

②…

Contact gasket stress [MPa]

θ [degree]

①Bolt preload :40kN

②Bending :5kN-m

③Internal pressure :4MPa

図 3-19 は，管フランジの下部（θ=180°）における半径方向のガスケット圧縮 塑性ひずみ分布の状況を示す。縦軸は圧縮塑性ひずみで，横軸は図3-12 と同様 でガスケット半径方向の距離でｒ=5 の側がフランジの外側である。ボルト初期 締付け時､内圧負荷時､曲げモーメント負荷時のいずれの場合でも同程度の圧縮 塑性ひずみが生じており，その範囲はガスケット外側からおよそ 1mm の間

（r=4~5mm）であることがわかる。これは，図 3-12において同じような位置で

ガスケット接触応力が最大（グラフでは下に凸）になり，この部分で密封性を 確保しているものと思われる。本論文2章の2.4.および2.5.で述べたように金属 平型ガスケット付きフランジ締結体は，ガスケット外周部に発生する塑性ひず みにより金属間接触の凹凸の隙間が小さくなり密封性が向上することを述べた が，曲げモーメントが負荷した場合もガスケットの塑性ひずみが寄与している ことが推測される。

r [mm]

Compression plastic strain

-5.00E-03 -4.00E-03 -3.00E-03 -2.00E-03 -1.00E-03 0.00E+00

0 1 2 3 4 5

1t…

2t(7…

①Bolt preload :30kN

②Internal pressure :7MPa

③Bending :2.5kN-m

④Bending :5kN-m

Fig. 3- 19 ガスケット接触面（180°）におけるガスケット半径方向の

圧縮塑性ひずみの分布