双波纹自密封复合垫片结构优化及密封特性研究

针对管道高压工况条件,设计了一种具有自密封性能的镍钛合金双波纹复合垫片并对其进行研究.对自密封垫片结构参数进行优化设计,采用有限元方法研究了波纹数量、波纹幅值、波纹厚度和骨架厚度对垫片压缩回弹性能的影响,并比较了不同介质压力下相同结构参数的自密封垫片和常规波纹复合垫片的密封特性.结果表明,骨架厚度和波纹厚度对垫片回弹性...     

多因素条件下非石棉橡胶垫片密封性能

综合考虑密封介质压力、垫片尺寸效应和预紧力等多因素的影响,对不同工况下的非石棉橡胶垫片进行泄漏率试验,获得不同尺寸垫片的泄漏率与介质压力和预紧应力的关系。结果表明:泄漏率随垫片尺寸的增加而降低,随预紧应力的增大而减小,随介质压力的增加而增加。针对多因素影响下多孔介质泄漏模型对试验数据拟合精度不高的问题,对多孔介质泄漏模型进行修正,改进后的泄漏模型预测结果与试验结果更为接近,可以有效预测非石棉橡胶垫片的泄漏率。     

海泡石增强橡胶密封复合材料横向压缩性能的细观力学模型

制备了海泡石增强橡胶密封复合材料(SRRC),对其横向压缩力学性能进行了测试。采用扫描电子显微镜观察了试样断面上的海泡石纤维分布状况,建立了单分散和多分散纤维体系的代表性体积单元(RVE)模型。通过Abaqus有限元软件建立了SRRC的计算模型,采用连续的网格重划技术,预测了SRRC的大变形行为。结果表明,当纤维体积分数较小时,压缩应力随应变呈线性增加;当纤维体积分数达到42%时,随着应变的增加,应力-应变曲线呈明显的非线性;增加海泡石纤维的体积分数,能够有效提高SRRC的弹性模量和压缩强度。通过对RVE模型进行2次网格重划,可使模型的压缩应变达到0.4。相比于单分体系,多分散体系RVE模型的预测结果与实验值更为接近。     

短纤维增强橡胶密封复合材料界面疲劳损伤行为

依据广义自洽方法,建立了包含芳纶纤维、界面相、橡胶基体和等效介质的代表性体积单元(RVE)模型。采用自定义材料子程序对内聚力疲劳累积损伤模型进行编译,分别在基体/界面相的界面和纤维/界面相的界面设置内聚力单元,研究界面相性能参数对纤维增强橡胶密封复合材料(SFRC)界面疲劳损伤行为的影响。探讨了界面相厚度和模量的确定方法,获得了不同界面相厚度和模量下SFRC界面脱粘起始位置以及脱粘起始疲劳次数。结果表明,较低的界面相模量能够抑制界面脱粘的产生;随着界面相厚度的增加,界面脱粘的起始疲劳次数增加,SFRC抗疲劳损伤能力得到提高。     

基于密封特性的弹簧金属C形环结构参数优化

C形环在密封过程中存在低应力区,这些区域难以保证密封可靠性,因此研究C形环密封特性时,需要分析有效接触应力和区域。选取外径为318 mm的C形环为研究对象,利用等效壁厚代替螺旋弹簧丝径,建立C形环等效模型,通过压缩回弹试验验证了模型的合理性。利用有限元方法研究银层厚度、包覆层厚度以及等效壁厚（弹簧丝径）对C形环密封性能的影响。结果表明：银层表面有效接触宽度随着银层厚度、包覆层厚度的增加而增大,有效接触应力随银层厚度、包覆层厚度的增加而减小,等效壁厚的增加可同时增加有效接触宽度和有效接触应力。采用正交试验对C形环的结构参数进行优化设计。结果表明：银层厚度和等效壁厚对有效接触应力和有效接触宽度影响显著。C形环最优设计方案为银层厚度0.2 mm,包覆层厚度0.5 mm,弹簧丝径3.1 mm,泄漏率试验结果表明,优化后C形环具有更好的密封性能。