热机耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴密封性能分析*

针对高温、三维复合运动(往复+旋转)耦合作用下冲击螺杆钻具传动轴总成密封失效问题,设计氢化丁腈橡胶热老化试验,基于热老化试验数据建立热老化效应冲击螺杆钻具传动轴总成O形密封圈三维有限元模型,采用有限元方法研究流体压力、温度、摩擦因数和往复速度对传动轴总成O形密封圈静密封及动密封性能的影响。结果表明:静密封状态下高应力区位于O形密封圈右侧,高接触压力区位于O形密封圈内接触面、外接触面和侧面,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大,最大接触压力整体上随着摩擦因数的增大而减小;动密封状态下最大von Mises应力和最大接触压力在往复速度为0.4 m/s和摩擦因数为0.25出现异常规律,最大von Mises应力和最大接触压力随着流体压力和温度的增大而增大。由此建议密封圈在静密封和动密封状态,在往复速度小于0.4 m/s和较小摩擦因数下运行。     

基于ISO 13679 B系试验载荷的特殊螺纹接头密封性能研究

为评估特殊螺纹接头的密封性能,充分考虑螺纹升角对特殊螺纹接头性能的影响,借助ABAQUS有限元软件建立某特殊螺纹接头的三维有限元模型,仿真分析ISO 13679标准B系载荷包络线加载路径下,该特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布。结果表明:弯曲载荷对接头应力分布及接触压力分布状态影响较大;特殊螺纹接头密封面上的Von Mises应力及接触压力分布趋势一致,均为在受拉一侧Von Mises应力及接触压力数值较小,受压一侧Von Mises应力及接触压力数值较大;接头受拉一侧密封面上的接触压力随着轴向压缩载荷的增大而减小,特殊螺纹接头可能会发生密封失效。     

旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响

为研究旋转组合密封圈表面结构对密封性能的影响规律,对方圈表面分别加工单槽和双槽等不同表面结构,利用ABAQUS仿真分析不同表面结构的旋转组合密封圈在完成过盈安装与流体加载后的应力及接触压力分布,并研究油槽宽度变化对组合密封性能的影响。仿真结果表明:在过盈安装与流体加载情况下,O形圈的最大von Mises应力均有所减少,而带槽密封圈最大von Mises应力都出现增长,且过盈安装状态下应力增幅较大;带槽密封圈接触面被油槽分为多段,每段接触压力曲线相似,而接触压力均有不同程度的增大;方圈最大von Mises应力值在过盈安装状态下随着宽度增加而增大,在流体加载状态下随着宽度增加有不同程度的减小。方圈表面增加油槽有利于在动密封面上形成多个动压润滑区域,对增强密封性能、改善润滑条件具有一定作用,但增加油槽后会增大方圈应力,增加疲劳损坏风险。     

液压力对吸入模块密封胶芯性能影响研究

以在我国南海深水服役的无隔水管钻井液回收钻井系统为对象,为了解决密封胶芯寿命低的难题,进行吸入模块密封胶芯有限元分析,研究胶芯在海底工作时单面受压和双面受压对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的影响,分析不同液压力下胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值的分布规律,以期为胶芯延寿提供技术参考。胶芯材料模型采用近似不可压缩弹性材料的两参数Mooney-Rivlin模型函数,采用罚函数法进行求解。研究表明,海水液压力对胶芯与钻具间的接触压力、胶芯von Mises应力峰值有着显著的改善作用,应在吸入模块两胶芯间设计压力调节装置。     

摆动油缸端面密封圈不同轴向预压缩量下接触压力分析*

对叶片式液压摆动油缸端面密封圈在不同轴向预压缩量下的接触压力展开研究,分析其受力情况及对摆动油缸启动压力的影响。利用弹性力学相关公式对端面密封圈进行受力分析,计算出不同轴向预压缩量产生的接触压力;利用Abaqus有限元仿真分析软件对聚氨酯材料制成的端面密封圈进行仿真分析,模拟在不同轴向预压量下的应变应力情况,找出最大应变和最大应力位置;对不同轴向预压缩量下的摆动油缸启动压力进行计算;结合实际可加工的尺寸进行实验,验证理论分析的准确性。结果表明:端面密封圈的最大应变与应力均分布在外圆环与内圆环密封接触处;当端面密封圈轴向预压缩量增大,其对应摆动油缸的启动压力也增大,且两者的关系为非线性相关。     

航天用硅橡胶减振器静态压缩性能的研究

以航天用硅橡胶减振器为研究对象,首先通过对硅橡胶进行材料性能试验获取材料的应力—应变关系,然后使用最小二乘法对多种硅橡胶超弹性本构模型进行拟合得到对应的应力—应变关系,通过比较计算值与试验数据的相对误差,从而选取最优的Signiorini模型进行硅橡胶的静态性能有限元分析。在此基础上,分析得到了硅橡胶的压缩量对减振器的应力状态和静刚度的影响。     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。     

半挂车牵引座路面激励强度与疲劳强度分析

将用ADAMS和MATLAB共同仿真获得的C级路面时域激励信号作用于仿真模型,得到牵引座上表面所承受的载荷谱;结合完全法对牵引座进行时间历程分析,得出牵引座在工作状态下的von Mises应力和等效应变图。结果表明:半挂牵引车在C级路面激励下结构强度、刚度均满足要求。在此基础上,根据牵引座在实际车辆运输过程中所承受的载荷变化,借助ANSYS nCode Designlife有限元软件估算出牵引座的极限疲劳寿命,确定易疲劳的关键部位,对未来牵引座的结构设计和优化具有重要的指导意义。     

盾构机主驱动VD形密封圈密封性能研究与优化

为研究盾构机主驱动密封圈压缩量以及正反面润滑油脂载荷对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件研究在不同压缩量和密封圈不同正反面加载压力下,丁腈橡胶(NBR)材料的VD形密封圈的密封性能。结果表明：在压缩量3～7 mm区间,随着压缩量的增加,密封圈接触面的最大von Mises应力先不断增加后逐渐趋于稳定,而最大接触压力不断下降;当压差保持一致时,随着密封圈正反面的压力升高,该VD形密封圈接触面最大压力也保持相近幅值的上升;当密封圈正反面压力变化时,该密封圈结构保证了接触压力的裕度,从而保证了密封结构密封效果的稳定性。通过曲面响应法,对设计的一种带反面支撑结构的VD形密封圈进行优化,得出在压缩量7 mm,密封圈正反面压力0.9-0.6 MPa时,其密封效果最好时出现在支撑角度为9.345 3°,支撑长度为59.499 mm时,优化后VD形密封圈最大接触压力提高了16%～25%。     

基于Abaqus的井下U形金属密封环性能研究

为满足井下流量控制阀在高温高压、强腐蚀工况下的密封要求,提出一种可用于径向密封的U形金属密封环;利用Abaqus软件建立密封环的二维有限元分析模型,计算在预紧和井下实际工况条件下的最大Mises应力和接触压力的分布情况,分析初始压缩量、密封环厚度和井下压力对密封性能的影响。结果表明:随着初始压缩量的增加,最大接触压力先增大后减小再增大;随密封环厚度增加,最大接触压力先减小后增大;随井下压力增加,最大接触压力波动增加。初压缩量为0.4 mm、密封环厚度为3.7 mm时密封效果最优;在井下工作压力为30 MPa时,U形金属密封环能够满足密封条件,实现紧密密封。     

混合型泡孔结构硅橡胶泡沫的制备与压缩性能

采用化学发泡的方法制备了开孔-闭孔混合型泡孔结构的硅橡胶泡沫材料,研究了密度对硅橡胶泡沫压缩性能的影响。结果表明:随着材料密度的增加,相同应变所对应的应力增大,应力-应变曲线明显上移,ε_(0.32)随着密度增加而减小,拟合的线性方程为ε_(0.32)=-101.008ρ+84.286,相关系数R=-0.998;压缩应力松弛率随着密度增加而线性增大。     

基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究

橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。     

球冠形复合钻头滑动轴承优化设计

球冠形复合钻头滑动轴承结构是一种新型的钻头轴承结构,目前还没有相关文献对其力学行为进行深入的研究。为此,利用Ansys有限元分析软件,建立了球冠形复合钻头滑动轴承的三维模型;其次通过接触有限元求解计算,对比分析了球冠形与圆柱形两种滑动轴承接触压力分布大小与规律;最后以球冠半径为设计变量、峰值接触压力为目标函数,建立了球冠形复合钻头滑动轴承的优化设计模型。优化结果表明:相比优化前峰值接触压力降低了50.6%,von Mises峰值应力降低了17.7%。优化后的接触压力分布更合理,能有效的提高轴承的使用寿命和工作可靠性。     

基于ANSYS的聚氨酯蕾形密封圈有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立液压支架立柱上使用的聚氨酯蕾形密封圈有限元模型,仿真分析不同工况下液压支架立柱导向套的密封性能,探讨压缩率和介质工作压力对蕾形圈密封性能的影响。结果表明：聚氨酯蕾形圈Von Mises最大应力出现在与导向套和活塞杆接触区域的中间部分,该区域最先出现裂纹而引起损坏失效;提高压缩率能改善密封性能,但过大的压缩率容易导致蕾形圈内应力过大而出现裂纹;工作压力对密封圈Von Mises应力的影响不大;工作介质压力增大聚氨酯蕾形圈接触压力也增大,且最大接触压力始终大于介质工作压力,能够保证液压支架立柱密封性能。     

弹簧激发段的预压缩量对离合器接合性能的影响

弹簧离合器是通过弹簧两端激发圈在壳体内预压缩产生摩擦力矩实现自激的,弹簧两端激发圈预压缩量的大小直接影响离合器的结合性能及使用寿命。运用有限元方法建立了弹簧离合器动力学模型,求解了不同端部预紧量下高速弹簧离合器输出壳体与输入壳体速度的同步性,以及弹簧的Mises应力和径向位移,由此得到了弹簧离合器自激接合的弹簧预压缩量条件,并与解析求解得到的离合器临界预压缩量进行了对比。此外,有限元分析结果表明,稳态接合后弹簧的应力分布呈M型,弹簧的过渡线圈段应力出现峰值,而中间端应力分布均匀。该分析可为弹簧离合器的优化设计提供依据。     

硬度对液压马达O形密封圈性能影响的分析

以仿真转台液压马达密封结构为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立其有限元模型,采用罚函数技术和库仑摩擦模型对O形密封圈和马达密封副间的摩擦接触进行有限元分析,研究O形密封圈材料硬度对接触压力、密封圈Mises应力和密封圈与马达密封副间接触面积的影响,分析接触压力、密封圈Mises应力峰值和接触面积的分布规律。结果表明：接触压力随O形密封圈材料硬度的变化呈“驼峰”式变化;在“驼峰”位置随材料硬度的增加而增大;材料硬度小于85 HA时,对O形密封圈Mises应力的影响并不明显;材料硬度大于85 HA时,Mises应力增大幅度变大,容易导致密封圈损坏;密封圈与马达轴间静接触面积整体上随密封圈材料硬度的增大而减小,故应尽量控制密封圈硬度,保证足够的接触面积。     

基于有限元法的向心关节轴承三维力学性能分析

利用有限元方法(FEM)建立了向心关节轴承的三维分析模型,并据此分析了向心关节轴承的应力和变形情况,得出了内、外圈von Mises等效应力分布、位移分布、内、外圈之间的接触压力分布以及最大接触压力随载荷变化图,讨论了应用该模型进行衬垫自润滑关节轴承结构分析和优化设计的可行性.     

多轴载荷下弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

在550℃温度下,针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行一系列多轴疲劳试验,定义主应变比用于考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响。采用Ansys软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述。采用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟得到的应力应变曲线与试验结果对比分析表明,模拟得到的正应力值与试验值总体平均误差为5%。基于模拟得到的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie法进行疲劳寿命预测。     

多轴载荷下弹塑性有限元分析及疲劳寿命预测

在550℃温度下,针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢进行一系列多轴疲劳试验,定义主应变比用于考虑不同的比例程度对多轴疲劳寿命的影响。采用Ansys软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用von Mises屈服准则、多线性运动硬化律和单轴循环应力应变曲线描述。采用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟得到的应力应变曲线与试验结果对比分析表明,模拟得到的正应力值与试验值总体平均误差为5%。基于模拟得到的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper和Fatemi-Socie法进行疲劳寿命预测。     

加工偏差对风电锁紧盘性能的影响分析

针对加工偏差造成风电锁紧盘的实际过盈量与设计过盈量偏离,建立了加工偏差模型,并采用ABAQUS软件对各加工偏差模型的装配进行模拟,分析了加工偏差对应力、接触压力和承载转矩的影响。结果表明:加工偏差对风电锁紧盘的承载转矩影响较小,与设计尺寸承载转矩的相对误差小于5%;而加工偏差对应力和接触压力影响明显,尤其在内环和轴套的应力转折处,von Mises应力的最大值和最小值差值达到100 MPa;合理选择加工偏差能够改善各组件应力分布,提高风电锁紧盘的可靠性。