法兰常用在管道上，用于管道之间的连接，为了保证管道连接后发生泄漏，会在法兰和法兰之间增加一个垫片用于防止泄漏。
法兰泄漏的原因有很多，比如螺栓的松动、垫片被介质腐蚀、各种原因造成垫片被压溃、垫片老化等等。
除了以上垫片的损坏原因外，还有一种难以察觉的密封失效原因——设计问题。
下面，猫亮设计使用solidworks simulation来说明一下这个问题产生的根本原因。
问题：
如下图，我们要对一个内径40mm的法兰端口密封，在法兰上有2个直径10mm距离60mm的螺栓孔，法兰采用2个M10螺栓和垫片及盖板连接。
底部法兰厚度15mm，材料为灰铁；垫片材质为软木，厚度1mm；盖板材质为合金钢，厚度5mm。2个M10螺栓使用60NM的扭矩预紧。
建立模型时采用多实体建模，盖板、垫片、法兰各为一个实体。
有限元计算：
为了减少计算量，对于这个问题，模型可以使用1/4的对称结构进行简化，我们先将建立好的模型分割成为一个1/4模型，在进行有限元分析。
由于模型的接触比较多且有摩擦系数的加入，这里采用非线性计算可以获得精确的结果。
材料定义
采用材料库现有材料，将盖板材料设置为合金钢，垫片材料设置为轻木，法兰材料设置为灰铸铁，三种材料的类型均采用线性弹性各向同性。
夹具定义
采用高级夹具中的对称约束，选择对应的面完成对称的定义。
对底面边线采用固定约束。
接触关系设置
采用本地交互，类型选择相触，手动设置相触面组，设置垫片的上表面和盖板底面、垫片下表面和法兰上表面两组接触面组，接触类型选择相触。相触的接触关系不允许面和面之间互相穿透，允许面和面之间分离，能够真实的模拟实际情况。
螺栓接头添加
选择盖板上表面圆孔边线及法兰的内孔表面定义一个带螺纹的螺栓。在预载中填写预紧扭矩为60NM，摩擦系数为0.2；高级选项中选择对称1/4螺栓。
螺栓接头的具体使用方法请参看下文内容。
网格划分
整体网格使用默认大小进行划分，由于中间垫片比较薄只有1mm，采用全局网格控制，垫片网格精度不够，这里采用网格控制选择垫片的外部面组对垫片的网格密封进行控制。
结果分析
在计算结果中重新定义一个应力图解，选择接触压力。这个接触压力就是零件表面上的压力值了，通过接触压力可以清晰的看到只有螺栓孔周围的一部分垫片上存在接触压力，在盖板中央无接触压力，因此螺栓打紧后泄漏会发生在盖板中部。
再来看一下位移图，盖板中间无密封压力的原因是螺栓打紧后盖板发生了变形，在中部盖板发生了翘曲。
问题改进：
1.采用厚度更大，弹性更低的垫片，以弥补盖板中间的变形。
2.增加固定螺栓数量，改为3个螺栓或4个螺栓进行固定。
3.改进盖板结构，增加盖板刚度。
