法兰连接广泛应用于石油化工设备和管道,多种极端复杂且相继变化的工况共同作用对其强度和密封性提出愈加苛刻的要求。本文以带柔性石墨缠绕垫的法兰连接结构为研究对象,利用有限元软件ANSYS中的APDL建立其全周期的三维有限元模型,并考虑垫片非线性压缩回弹特性和螺栓组之间的弹性交互作用,采用热-结构间接耦合法对法兰连接从安装到运行维护全过程的各种工况进行模拟,得到预紧、加压、升温、蠕变、紧急停车后开车及附加载荷的一系列相继变化的复杂组合工况下法兰连接的位移和应力的分布变化规律,并分析不同载荷组合对法兰连接的强度和密封的影响。法兰连接整体应力在载荷不断变化过程中沿周向分布不均。法兰的最大应力呈正弦变化,受内压影响应力小幅降低,在温度载荷作用应力值大幅增加,经过10000小时的蠕变后应力减小至最低值,之后随着工况累积逐渐增加,在第一个和最后一个被拧紧的螺栓、上法兰接管外壁面和上法兰受拉一侧等位置应力最大。螺栓应力的整体变化趋势是先增大后减小,加压工况达到最大,每一工况螺栓的最大应力均出现在最后被拧紧的螺栓。经评定在全过程中法兰连接的强度未发生失效,但在实际工程应用时应重点关注在第一个和最后一个被拧紧的螺栓、上法兰接管外壁面和上法兰受拉一侧等位置,防止法兰连接出现强度失效。法兰偏转角随着工况不断叠加先增大后减小再增大,温度载荷作用后达到最小值,外载荷工况达到最大。法兰的偏转角沿周向呈正弦波动,最大值出现在第三个被拧紧的螺栓处和弯矩受拉一侧,但均低于标准规定值。垫片压应力随载荷不断叠加逐渐下降,整体呈“内紧外松”状态,最小应力出现在与2和24号螺栓对应位置的内侧以及弯矩受拉一侧,紧急停车再开车过程中垫片最小应力有4.5小时左右的时间低于最小密封比压力,法兰连接出现密封失效。上述研究结果为法兰连接的工程应用提供了可能出现强度破坏和泄漏位置及时间的预测,具有重要的工程指导意义。