扩口式管接头拧紧过程扭拉关系研究

对扩口式管接头拧紧过程中各组件进行力学分析,分析接触面在装配过程中的接触状态。结果表明:扩口式管接头在拧紧过程中的6个接触面中,相对滑动的接触面有3个,分别是螺母与管接头之间的螺纹接触面,管套与螺母之间的环形接触面,管套与螺母之间的圆柱接触面。基于普通螺栓连接的扭拉关系,建立扩口式管接头扭拉关系的理论公式,采用六面体网格建模方法建立扩口式管接头(包含螺纹和升角)的仿真模型,并对扩口式管接头间隙及过渡2种配合形式的扭拉关系进行理论和仿真计算。结果表明:管套与螺母圆柱接触面为间隙配合时,扭拉关系理论公式的计算结果是非常准确的;管套与螺母圆柱接触面为过渡配合时,理论公式可能产生非常显著的误差,需要引入修正系数。     

飞机管路连接件装配偏差对密封性影响的仿真分析与试验验证*

为研究管道装配偏差对管路连接件密封性能的影响规律,建立管道连接件模型,提出有效密封的判定条件,并通过静力学仿真分析管接头接触面摩擦因数、管道装配偏差(轴向、径向及角度)对管接头连接件密封性能的影响。结果表明:拧紧力矩的增加会使密封性能增强,但超过某一极限值,管路连接件可能发生破坏;管接头与管道接触面的摩擦因数增加,密封性能降低;装配过程中的轴向偏差会降低密封性,甚至失去密封性;径向偏差和角度偏差会稍稍降低密封性,但管道会出现塑性变形。建立管道密封试验系统,试验验证了仿真分析的正确性。     

穿舱电缆填料函密封结构有限元分析

利用Abaqus软件建立穿舱电缆填料函密封结构的二维轴对称模型,对填料函中填料在安装状态下的变形及力学行为进行有限元分析,分析填料轴向预压缩量、接触面过盈量、接触面摩擦因数对填料函密封性能的影响。结果表明:预压缩量对填料轴向位移、接触面径向位移、径向接触应力的影响程度较大,三者均随着预压缩量的增大而增大;预压缩量一定,接触面过盈量对填料轴向位移影响程度较小,在指定轴向位置处,接触面径向应力随着过盈量的增长呈线性增长;摩擦因数对径向接触应力影响程度较小,随着摩擦因数的增大,径向接触应力略有增长。     

应力松弛条件下O形圈的密封性能研究

为了研究O形圈的应力松弛规律及其在应力松弛条件下的密封性能,通过O形圈应力松弛试验,得到其轴向载荷衰减规律,将这些载荷值导入ANSYS中计算出O形圈的接触压力,并利用逾渗理论计算出O形圈密封面的泄漏率。研究结果表明:应力松弛条件下,O形圈上的轴向载荷随时间缓慢下降,初始压力越大轴向载荷衰减得越快,总体来看O形圈上的轴向载荷随时间遵循F_z=Aexp(-t/B)+C的衰减规律;施加的载荷越大O形圈与其接触面各点的接触压力越大,且不同载荷下O形圈与其接触面各点的接触压力均大于介质压力;应力松弛条件下O形圈密封面的泄漏率极小。试验、仿真计算及理论分析均表明,O形圈在应力松弛条件下具有良好的密封性能,证明了O形圈作为静密封的可靠性。     

无扩口导管拧紧力矩对其密封性能的影响

以某型飞机中无扩口液压导管为研究对象,结合飞机液压导管实际安装以及保压工况,利用有限元软件ANSYS中多线性随动强化来模拟导管弹塑性本构模型;对处于不同安装力矩以及恒定压力下的导管连接件进行仿真分析,研究安装力矩对导管管接头处的应力应变以及密封性能的影响,并给出参考安装力矩。构建液压导管安装试验台,利用力矩扳手采集拧紧力矩值并使用液压油车对导管进行加压试验,验证不同安装力矩对导管管接头密封性能的影响。结果表明:导管与卡套之间的胀形区域产生的大变形以及应力集中是引起导管管接头渗漏的主要原因之一;所提出的密封性能仿真方法可以较为准确地模拟拧紧力矩与密封性能的关系,为实际工程中导管安装提供依据。     

金属锥形密封性能的非线性有限元分析

利用ABAQUS软件建立水下采油树堵塞器用金属锥形密封轴对称模型,分析预紧状态时轴向位移和工作状态时介质压力对密封圈的Von Mises应力及密封面接触压力的影响,并确定能够实现初始预紧密封的轴向位移范围.结果表明:在塑性失效设计准则范围内,预紧状态时,随着轴向位移的增加,密封圈的Von Mises应力增加,密封面最大接触压力先显著增大后缓慢减少;工作状态时,随着介质压力的增加,密封件Von Mises应力增加,密封面最大接触压力基本不变,而密封接触面积逐渐增大,有利于密封的实现.     

复合载荷作用下特殊螺纹套管接头性能分析

针对在复合载荷工况下石油套管易失效和易泄漏的问题,对复合载荷作用下套管特殊螺纹接头的应力水平和接触压力沿密封面的分布规律进行了研究。依据材料性能和套管接头的结构特点,对特殊螺纹套管接头进行了简化;运用ANSYS软件建立了套管接头的有限元模型,包括网格划分、加载和约束,然后利用ANSYS接触分析功能模块计算得到了特殊螺纹套管接头在上扣过盈配合、轴向拉力、内压以及复合载荷下的应力云图和接触压力云图,着重研究了套管在不同荷载作用下的连接性能和密封性能。研究结果表明:复合载荷中的各个单一载荷对套管接头的性能影响是不同的;轴向拉伸荷载对扭矩台肩和主密封密封性能影响较大,内部压力的增大能够提高接头的密封性能。     

全金属可溶桥塞异形接触结构密封特性

全金属可溶桥塞作为一种新型压裂工具，其密封结构是影响压裂效率的关键因素。为探究不同密封环结构对密封特性的影响，建立单槽形、椭圆形、双槽形、双曲形4种金属密封环结构的数值模型，利用有限元法，对密封环径向变形特征、密封性能进行分析，以及考虑双曲形结构表面粗糙度对密封接触面积、接触应力、接触面近场应力分布的影响。研究结果表明：随着锥体轴向位移量增加，4种密封环径向变形始终与锥体轴向位移量呈正相关规律，密封环最大、最小径向变形分别位于厚度较大外圆侧、厚度较小外圆侧；复杂接触面可以强化密封环的密封性能，在同样锥体轴向位移量下，双曲形密封环结构密封性能为最好，椭圆形密封环结构性能最差；考虑切向摩擦力时，摩擦因数越大，接触面近场Mises应力沿摩擦力方向发生偏移越明显。所得结论可为井下全金属可溶桥塞密封环的结构优选提供参考。     

管路连接件粗糙表面接触力学与密封性能分析

为研究真实管道连接件在拧紧力矩作用下的接触状态和密封机制,从而有效控制管路密封性能,以真实管路连接件为研究对象,对粗糙接触表面真实接触形貌数据进行实测,通过逆向建模工程建立粗糙接触表面有限元模型,利用有限元仿真分析方法得出真实接触面积比与平均接触应力的关系。结果表明,在开始施加位移载荷时同时发生弹性与塑性变形,随着载荷的增加,发生塑性变形区域越来越大,形成真实接触区域部分也逐渐增加。基于逾渗理论对接触界面进行栅格化模型模拟,通过寻径算法得出接触界面达到密封时所需要的最小真实接触面积比,结合仿真结果得到管路连接件接触表面达到密封时所需要的最小接触应力值。研究结果为管路连接件密封性能仿真分析提供重要密封评判指标,也进一步通过仿真分析得到管接头密封条件下的最小拧紧力矩提供参考。     

单金属密封总装设计和润滑理论分析

针对钻井领域的单金属密封端面比压难以控制的问题,结合涡轮钻具支承节结构进行了动密封的总装式设计;初步建立SEMS2单金属密封的计算模型,推导出了SEMS2单金属密封环的轴向载荷公式;考虑润滑油的的挤压效应项,提出SEMS2单金属密封面的油膜压力方程和泄漏率公式;通过有限元软件对SEMS2单金属密封的装配过程进行了应力分析,在此基础上对不同环境压力下密封面的应力特征进行了仿真分析,结果显示低压工况下密封面呈收敛状态,有利于润滑油膜的形成;高压工况下,动环接触面上从内到外的应力逐渐降低,不利于形成润滑油膜。     

提高管联接的可靠性

用球形接头联接来代替扩口管联接巳在液压气动系统的机床上日益得到广泛的应用.扩口管接头的优点是制造和装配简单,其唯一缺点在压力下要保证管子与管接头在接合处的密封性是很困难的,这就决定了管子与管接头在接合处的圆锥面要有较大的面积以及在拧紧联结螺母时要使接合处产生足够的压力.     

切向加载下螺栓连接复合板的失效分析*

极限载荷和孔周应力是导致螺栓连接复合板失效的主要因素。基于Hashin失效准则和有限元模型建立螺栓连接复合板的渐进损伤有限元模型,通过位移载荷响应讨论预紧力、界面摩擦因数和孔隙变化对极限载荷的影响,分析不同铺层角下孔周应力分布规律。结果表明：随预紧力增大,螺栓连接复合板极限载荷先增大后减小,随摩擦因数增大,螺栓连接复合板极限载荷逐渐增大;不同孔隙下准线性阶段位移载荷响应基本一致,孔隙对极限载荷的影响主要体现在滑移阶段及剪切变形阶段;孔隙增大会减小螺栓与螺孔间的有效接触面积,影响螺栓连接的压力分布和强度;纤维铺层方向与应力分量同向时可有效减少外载荷导致的该方向应力分量的变化,且主应力分量皆在承压区域达到其最小值;应力分量方向与纤维铺层方向相同且该方向无外载荷作用时,应力分量随着角度从承压区到非承压区递增变化。     

不同外载作用下特殊螺纹油管接头应力有限元分析

为确保足够的连接强度,联接入井的特殊螺纹接头密封面、扭矩台肩处的密封副必须保持合理的应力水平。文中以某特殊螺纹接头为例,通过ANSYS有限元软件进行应力分析,得到了内压、轴向力及复合载荷等不同载荷作用下油管接头的应力分布规律。结论表明:内压与轴向拉力复合作用时,随着轴向拉力的增大,最大等效应力点由密封面逐渐向大端螺纹处转移;复合载荷作用下,该特殊螺纹接头两端仍有较大的应力集中现象,存在应力不均问题,应该进一步优化设计螺纹参数。     

特殊扣套管接头的应力及密封特性分析

以特殊扣螺纹接头为分析对象 ,采用非线性有限元素法 ,分析了套管接头在上扣扭矩、轴向拉伸和内部压力作用下的受力特性。获得了这种特殊扣套管接头密封段、台肩面、螺纹啮合扣面以及管体的应力分布。结果表明 ,采用过盈配合来模拟上扣扭矩的方法具有较好精度。套管接头的薄弱区域在啮合螺纹承载面根部 ,该区域具有显著的应力集中。密封面接触压力随套管内部压力的增大而增大 ,轴向拉力对其影响很小 ,在本文的设计载荷作用下可以保证良好的密封特性     

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。     

C形双面组合密封装置密封性能分析

为进一步研究C形双面组合密封圈在往复运动中的密封特性,基于力学和有限元理论,以活塞处C形双面密封圈为研究对象,利用三维软件建立C形双面密封装置结构模型,利用有限元分析软件ANSYS仿真分析空载工况下不同过盈量和受载工况下不同介质压力对C形双面密封圈的应力和变形的影响。结果表明:空载工况下应力和变形随着过盈量增大而增大,最大变形出现在靠近与缸壁接触处;负载工况下应力和变形随着介质压力增大而增大,且应力均集中于密封圈上下部,而最大变形区域出现在密封圈进油口下部。     

导管连接件球头-锥面结构密封性能研究

根据某运载火箭姿控发动机中常用的导管连接形式,以60°球头-锥面密封结构为研究对象,通过有限元方法研究密封面上的接触应力和接触宽度随拧紧力矩的变化规律,并结合金属应力松弛的模型,分析球面密封结构的漏率.结果表明:相对较大的拧紧力矩可使球头-锥面获取较大密封面宽度和平均接触应力,增强密封效果,但考虑到应力松弛的影响,拧紧力矩不应过大;导管连接件装配时,要保证球头和锥面的轴向对中,使密封面接触应力合理分布;球头和锥面的表面粗糙度影响装配的拧紧力矩和最终的漏率大小,要保证接触面的加工质量.     

给水泵油封装置O形密封圈的有限元非线性分析

为解决给水泵油封装置中O形圈因密封失效而引起泄漏的问题，利用有限元法对密封圈的大变形、超弹性进行非线性接触分析。首先建立密封圈与转动环沟槽之间的轴对称模型，分析O形圈在不同压缩率、不同轴向压力下的应力分布规律，进而对油封装置结构改进，最后利用试验台位测试油封的密封性能。结果表明： O形密封圈压缩率越大主接触面峰值应力越大，侧接触面应力基本不变；密封圈轴向压力的增加，接触应力也急剧上升，侧面接触应变较大，但工况内无胶料“挤出”发生；改进后双密封O形圈动环结构密封可靠性、安全性更高，在不同工况下进行密封性能试验，油封装置无泄漏，为油封密封圈选型以及避免给水泵实际运行中出现“滴、漏”现象具有一定的指导意义。     

工况因素对S密封结构强度与密封性能的影响

S密封是为满足石油天然气行业的高温、高压和复杂的流体介质工况而专门设计的一类特殊密封圈。为研究S密封的结构强度和密封性能,建立S密封圈二维轴对称模型,仿真研究其在安装工况和作业工况下压缩量、介质压力和温度载荷对密封面结构强度和密封性能的影响规律。结果表明:在安装工况时, S密封圈弹性体最大等效应力和最大剪切应力出现在密封圈内部中心位置,最大等效应力分布呈轴向对称;在作业工况时,最大等效应力和最大剪切应力在中间靠近间隙位置;随着外过盈量和介质压力增大,弹性体最大等效应力和内外接触应力均呈现增大趋势;温度增加时,最大等效应力和内外最大接触应力均增加,但最大等效应力增加趋势较小。研究结果为S密封圈的性能和强度优化研究提供理论支撑。     

水液压O形圈锥面密封特性分析

针对水液压提升阀中的锥面密封问题,利用Abaqus有限元分析软件建立了锥面密封结构的二维轴对称模型,对其进行密封性能分析。分析了不同预压缩率、不同密封压力作用对O形密封圈所受最大接触压力、最大Mises应力的影响,确定了密封圈的易失效位置以及接触面的压力分布规律。结果表明:随着压缩率及密封圈所受液体压力的增大,密封圈所受到的最大Mises应力及接触面最大接触压力随之增大;带圆倒角的密封槽口或减小密封间隙,能有效减小密封圈挤出时密封槽口对密封圈的剪切应力,从而提高密封圈使用寿命,为水液压提升阀等液压元件的锥面密封结构设计提供设计依据。