金属O形环力学性能仿真分析与试验验证

金属O形环的力学性能对于密封系统的强度设计、密封性、可靠性等有着直接影响。为研究金属O形环的力学性能,以核反应堆压力容器用金属O形环为研究对象,考虑密封环的复合结构、材料弹塑性特征和工况条件,采用有限元方法建立O形环力学性能仿真模型,分析密封环的压缩回弹特性、应力应变特征、接触特性以及银层的作用,并进行相关试验验证。结果表明:该有限元模型计算结果与试验结果具有良好的一致性;压缩率过大或过小都将导致其密封性能下降;整个压缩回弹过程可分为弹性变形、塑性变形、法兰接触及回弹4个阶段,O形环的回弹补偿性能由其压缩率决定;镀银层对于O形环接触压力分布起到了均化作用,而对总体的压缩回弹特性影响不大。     

汽车排气管V形金属密封环设计与优化

针对汽车排气管密封问题,设计一种适合汽车排气系统密封的V形金属密封环。该密封环采用平面接触、小接触压力方式,在满足密封要求的同时避免了较大的预紧力;在波谷处采用圆弧过渡,降低了密封环的整体刚度,侧边倾斜一定角度以增大密封环的回弹性能。利用ANSYS Workbench软件对V形金属密封环常温预紧和高温工况下的密封性能进行分析,在保证密封强度要求下确定安装时合适的轴向压缩量;分析密封环结构参数对密封性能的影响,发现壁厚、环宽、波谷半径、接触圆半径、开口角度对密封性能影响较大。基于Design-Expert软件对密封环结构参数进行多目标优化,从而降低了密封环最大等效应力,提高了最大接触压力,减小了密封环质量,并通过相关实验验证有限元模型的可靠性。     

组合式弹性片金属密封环密封特性有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立组合式弹性片金属密封环有限元模型,分析密封环初始压缩量、工作压力等对密封环最大Von Mises应力、接触应力大小及接触部位压力分布的影响。研究表明:组合式弹性片金属密封在不受工作压力情况下,顶块与封严片之间并不是完全接触的,不能起到密封效果,但在工作条件下,在一定的预压缩量下其顶块与封严片之间完全接触,满足密封要求;适当增加预压缩量可以提高密封环密封性能,但同时其所受的最大Von Mises应力也增大,当最大Von Mises应力大于材料的屈服极限时密封环会失效。通过计算得到弹性片的安全工作夹角范围,为组合式弹性片金属密封环的设计、安装及使用提供依据。     

弹性金属密封环力学特性与泄漏特性数值研究

弹性金属密封环的力学特性及泄漏特性对其工作性能有着重要影响。以径向压缩的弹性金属密封环为研究对象,推导弹性金属密封环泄漏量理论公式,建立弹性金属密封环力学特性求解模型,分析压缩量、进出口压差及温度等工况参数对弹性金属密封环的力学特性及泄漏特性影响规律。研究结果表明:在压缩工况及压缩加压工况下,弹性金属密封环的最大变形区域及最大应力区域均位于外径边缘,且变形量和应力值均沿外径边缘向过渡圆方向逐渐减小;在压缩加压加温的工况下,最大变形区域位于其外径中部位置,最大应力区域位于外径边缘处;径向压紧力、径向刚度与压缩量、进出口压差和温度均呈正相关关系,其中温度对径向刚度的影响更大;弹性金属密封与法兰的轴向接触宽度与压缩量、进出口压差和温度呈正相关关系,泄漏量与压缩量和温度呈负相关关系,与进出口压差呈正相关关系,而进出口压差对泄漏特性的影响更大。     

金属C形环力学性能及密封特性分析

弹簧加强金属C形环是一种性能优良的静密封元件,为研究结构对C形环力学性能以及密封面接触特性的影响,建立弹簧加强金属C形环三维仿真模型,采用有限元方法分析C形环的压缩回弹特性。仿真结果与压缩回弹实验结果一致,验证了理论模型的正确性。分析C形环密封面上接触区域和接触压力的变化规律,讨论C形环结构对密封特性的影响。结果表明:在相同的载荷下,C形环卸载时的接触区域比加载时的大,表明在卸载阶段C形环在更低载荷下即可维持同等密封效果;螺旋弹簧使C形环具备良好的回弹性能,能更好地应对使用工况的波动;银层使法兰与密封环的接触界面实现良好密封,合金层起保护银层和平稳传递接触力的作用。     

低温U形金属密封环密封性能有限元分析

为了研究U形金属密封环在不同工作条件下的密封性能,利用ABAQUS软件建立某U形金属密封环的二维轴对称模型,在静密封条件下计算分析U形密封环初始压缩量、工作压力及工作温度等操作参数对密封环最大Von Mises应力、接触压力大小及其分布以及接触宽度的影响。结果表明,在工作工况下,U形密封环上最大Von Mises应力小于材料屈服极限,最大接触压力满足密封要求,且在低温条件下适当增大工作压力可以提高其密封性能。根据计算结果,提出此U形密封环的极限工作条件,对该U形金属密封环的设计和使用有一定的指导意义。     

异形结构弹性金属密封环力学特性数值研究

为对比不同结构弹性金属密封环的力学特性,建立弹性金属密封环力学特性数值模型,在验证数值模型准确性的基础上,对比分析O形、C形、U形和W形4种结构密封环的变形特性、轴向刚度和回弹性能,并分析进出口压差、温度和结构形式对轴向刚度的影响。研究结果表明:在压缩复位工况下,U形和W形环具有良好的回弹性能,C形环的回弹性能适中,而O形环的回弹性能较差;在高温高压工况下,弹性金属密封环轴向刚度随着温度的增加而减小,进出口压差对弹性金属密封环轴向刚度的影响不大,4种结构密封环的轴向刚度由大至小依次为O形、C形、W形和U形;在相同压缩量条件下,高温高压工况相比于压缩复位工况,弹性金属密封环的最大应力值更小,但应力值超过屈服强度的区域更大,结构更容易失效。通过对比4种结构密封环发现,O形环适用于高载荷低回弹的工况,U形和W形环适用于低载荷高回弹的工况,而C形环的性能适中。     

金属W形密封环的弹塑性接触有限元分析

采用ANSYS有限元软件建立金属W形密封环的有限元模型,对金属W形密封环在给定工况下的弹塑性接触变形进行非线性有限元分析,得出相应情况下的接触应力分布和范.米塞斯(Von-M ises)应力分布;讨论密封环操作参数和结构参数对密封性能的影响。结果表明,在预紧工况和工作工况下,密封环的最大接触应力均能满足密封要求,且最大Von-M ises应力小于屈服极限,金属W形密封环可以实现密封;适当增大金属W形密封环壁厚或加大预压缩量,可以提高其密封性能。     

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...     

基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析

考虑密封面有效接触长度对密封性能的影响,以密封接触强度为评价指标,采用有限元方法分析水下井口连接器VX钢圈在不同预紧力、工质载荷和结构参数下的密封特性,并与以单一密封面接触应力为评价指标的密封特性分析结果进行对比。结果表明:预紧力是影响密封性能的重要因素,在保证连接器锁紧结构安全性的同时,要尽量提高安装预紧力;与接触应力相比,密封接触强度能够更好地模拟VX钢圈密封性能随预紧力、工质压力和结构参数变化的趋势。因此,在连接器VX钢圈密封特性分析过程中,应该优先选择密封接触强度作为密封性能评价指标。     

W形金属密封环回弹与密封性能研究

利用ANSYS分析W形金属密封环的压缩回弹性能和密封性能,得出W形金属密封环的压缩量与压紧力的关系;讨论加卸载过程中合金基体与银层的等效塑性应变分布情况并分析密封机制。通过正交试验,分析壁厚、波高、波峰半径、波谷半径等结构参数对密封环回弹性能和密封性能的影响规律。结果表明:W形环具有高回弹量和良好的自紧密封功能;加载压缩量达到10%时,合金基体的波谷区域开始出现塑性应变;镀银层在加载时的塑性流动,是能够实现密封的必要条件;壁厚和波高是对W形环综合性能影响最主要的参数;波谷半径过大将导致W形环密封性能难以保证,在改进设计中应避免。     

双浮动端面密封关键参数对密封性能的影响

针对双浮动端面密封的结构,建立密封二维轴对称非线性接触模型,提取浮动密封环谷半径和锥面角两个关键参数,利用有限元方法计算并分析这两个参数和橡胶O形圈压缩率对密封性能的影响。结果表明：随着浮动环谷半径和锥面角的增大,O形圈von Mises应力、接触压力、密封端面相对变形及轴向力相应增大;锥面角对以上性能参数的影响随着谷半径的增大而显著增加;轴向力同O形圈压缩率成正比,且增幅随着压缩率的增大而增大;浮动环端面产生由内径向外径处呈发散型的变形。通过设计浮动密封轴向力测量装置,实验验证有限元计算模型具有较好的可靠性。     

W形金属密封环工作状态下综合性能优化设计

为满足航空航天领域严苛工况下的密封要求,对W形金属密封环综合性能进行研究,提出从回弹性能、密封性能、稳定性能3个方面对W形金属密封环工作状态下的综合性能进行优化;建立W形环静态工况计算模型和准静态压缩回弹计算模型,分别计算塑形变形区域占比、最大接触应力和回弹率来描述其稳定性、密封性和回弹性;建立一套W形金属密封环的优化方法,应用分层求解和加权平均构造目标函数的方法,在给定工作条件下完成可行域内W形环最优综合性能设计的求解。优化结果与国外某公司产品契合度较高,验证了整个优化方法的正确性。     

C形环在超高压大直径容器密封上的适应性研究

在超高压、大尺寸等恶劣工作环境下,常规密封件容易出现严重变形、强度不够和泄漏等问题,难于满足性能要求。为此选用C形密封环为对象,开展其在超高压大直径密封背景下的适应性研究。建立C形密封环的二维轴对称仿真模型,采用有限元方法分析有银层和无银层C形密封环的压缩回弹特性;分析C形密封环在定常和变量条件下Mises应力与接触应力变化规律,研究不同压缩量和外压对密封特性的影响。模拟结果与试验数据相近,验证了模型的准确性。结果表明:银层对C形密封环的压缩特性影响较小;包覆层回弹能力明显差于弹簧层,在超高压环境下包覆层更易达到极限强度,较弹簧层更易损坏;径向压缩量在0.65～0.85 mm范围内时,密封环具有良好的安全性和密封性能。研究表明,C形密封环在超高压大直径容器中具有良好的适应性,满足超高压密封要求。     

特大尺寸金属橡胶柔性密封环设计与仿真分析

根据国内某大型设备的密封要求,提出特大型柔性金属橡胶骨架加橡胶包敷柔性密封环结构的初步设计方案,通过对密封环进行静力学有限元仿真分析,得出密封环最大变形、应力值及其位置,密封及安装需要的预紧力.结果表明,设计的金属橡胶密封环能够满足某大型设备的应用要求.     

高压自紧密封式法兰的密封性能分析

为了解决高压自紧密封法兰在特定环境下泄漏的问题,利用SolidWorks建立高压自紧密封式法兰的三维模型,从法兰密封环应力分布均匀性的角度,利用有限元分析软件ANSYS和图像处理软件MATLAB,分析法兰密封环尺寸、螺栓预紧力和法兰刚度对密封性能的影响。结果表明:密封环外径对法兰密封环的应力分布均匀性有显著影响,密封环外径存在一个最佳区间;考虑到整个法兰系统的结构紧凑性以及密封分布均匀性,建议对外半径为47. 15 mm的法兰系统的密封环取最佳半径为56. 9 mm;法兰刚度、螺栓预紧力对法兰密封环的应力分布均匀性无显著影响。     

反应堆压力容器国产O形环密封性能分析

反应堆压力容器是主回路冷却剂压力边界的一道重要屏障,在整个电厂寿命期间需保证其结构的完整性,防止发生放射性物质泄漏。较多压水堆核电厂反应堆压力容器采用双道O形密封环结构进行密封,以防止放射性冷却剂泄漏,而O形密封环的变形特性对密封结构的设计与分析至关重要。采用有限元法对压力容器国产化O形密封环进行了大变形弹塑性接触分析,研究O形密封环在不同压缩率下的变形、应力以及分析回弹量的影响因素。数值模拟结果与试验结果吻合很好,研究结果可为压力容器密封结构设计与分析提供依据。     

双金属自密封波齿垫片结构参数及密封性能研究

对双金属自密封波齿垫片运用正交试验方法设计了四因素三水平的试验方案,采用有限元方法研究其压缩回弹性能,并比较相同结构参数下波齿复合垫片与双金属自密封波齿垫片的密封性能。研究结果表明:石墨覆盖层厚度是影响双金属自密封波齿垫片压缩率的显著因素,缝宽是影响其回弹率的显著因素,双金属自密封波齿垫片的优选方案为A1B1C1D1;相同预紧力下双金属自密封波齿垫片可以密封较高的内压。     

胶乳抄取无石棉混杂纤维增强缠绕垫片的性能

利用纤维混杂效应,选用合适的多种无机纤维和有机纤维,制备了新型混杂纤维增强无石棉密封纸,并制得相应的无石棉缠绕垫片;进行了垫片的压缩回弹性能及密封性能试验.结果表明:垫片压缩率受纤维种类和含量的影响较大,纤维含量增加,压缩率减小,回弹率增大;研制的胶乳抄取无石棉纸制得的缠绕垫片的压缩回弹性能及密封性能达到了石棉缠绕垫片的要求,可以替代石棉填充缠绕垫片.     

纤维长度对无石棉密封垫片压缩回弹性能的影响

通过鲍尔筛分仪对不同长度的纤维素纤维、芳纶浆粕纤维和矿物棉纤维进行筛分并测其重均纤维长度,然后采用U8(43)均匀试验法设计对抄取法制备的无石棉密封垫片进行压缩回弹性能试验,通过多元线性回归方法研究了压缩率和回弹率与纤维长度的关系,同时利用得到的回归方程对垫片的压缩回弹性能进行预测,并与试验值进行对比。结果表明:纤维长度对压缩回弹性能有显著的影响;随着纤维长度的增加,垫片的压缩率逐渐增大,回弹率逐渐减小,其中芳纶浆粕纤维长度的影响最为明显;利用回归方程得到垫片压缩回弹性能的预测值与试验值比较接近。