油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触理论建立了考虑密封面作用扭矩的球面密封接触应力理论模型,研究了球面半径、管体球面弹性模量和密封面作用扭矩对密封面接触宽度和接触应力的影响规律并提出改善球面密封性能的措施,结果表明：随球面半径增加,密封面接触宽度呈抛物线增大,接触应力呈指数减小,且密封面应力分布趋于均匀;随球面弹性模量降低,密封面接触宽度增大,接触应力减小;随密封面作用扭矩增加,密封面接触宽度和接触应力均呈抛物线增大。为提高球面密封性能,建议适当增大球面半径、对球面熔覆合金以降低其弹性模量,同时合理控制密封面作用扭矩,从而增大密封面接触宽度并适当降低密封面接触应力水平。研究结果对优化密封结构、控制上扣扭矩以及提高螺纹密封完整性具有重要理论指导意义。     

球面对锥面特殊螺纹气密封性能影响因素分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触力学理论和密封接触能机理,建立了考虑密封面作用扭矩的特殊螺纹气密封压力计算理论模型,研究了球面半径、锥面锥度和密封面作用扭矩对螺纹气密封性能的影响规律,结果表明：随着球面半径增大,螺纹气密封压力呈幂指数规律降低;随锥面锥度增大,螺纹气密封压力逐渐降低,但降幅较小;随密封面附加上扣扭矩增加,螺纹气密封压力呈抛物线型增大。总体来看,球面半径和密封面附加上扣扭矩对特殊螺纹气密封性能影响显著。建议一方面优化球面半径,另一方面合理控制密封面作用扭矩,使得密封接触应力分布既能满足足够的气密封能力,又能保证密封面不发生屈服。     

法兰与金属垫片密封表面接触分形模型

考虑法兰与金属垫片接触属于静接触，接触界面摩擦作用对其不产生影响，在修正的M-B接触模型基础上，建立法兰与金属垫片密封表面接触模型，得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系．研究表明，真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加；在相同接触应力下，真实接触面积随分形维数D的增大而增大，随尺度系数C的增大而减小，即表面越光滑真实接触面积越大．这为金属垫片密封性能的研究提供了依据．     

内置弹簧金属C形密封环密封性能有限元分析

针对新型内置弹簧金属C形密封环在高压管道法兰密封上的应用条件,采用ANSYS有限元软件建立三维仿真模型,并通过相关实验验证本文理论模拟方法的可靠性;基于仿真结果分析了C形密封环压缩-回弹性能和密封环相关参数对密封性能的具体影响。结果表明：对于管道密封环,其压缩率、合金包覆层厚度、弹簧丝直径和弹簧匝外径分别在20%~25%、0.25~0.30 mm、0.60~0.70 mm和4.0~4.2 mm范围内时,密封环具有良好的密封性能。     

航空扩口导管连接仿真及结构参数研究

航空扩口导管是飞机压力传递和物质输运的主要载体,在长期使用中存在连接渗漏问题。针对航标规定的两种尺寸系列连接结构,分别采用二维旋转轴对称模型对航空扩口导管及连接件进行仿真分析,得到结构的等效应力、等效塑性应变以及密封面的接触应力分布规律。选取密封面摩擦系数,接头锥形小端的倒圆角半径以及导管扩口角度作为变化参数,研究了结构参数对密封面的接触应力与密封性能的影响规律。结果表明:第2尺寸系列结构的密封性能优于第1尺寸系列;密封面摩擦系数越小,接触应力越大,有利于提高密封性能;增大接头锥形小端的倒角半径,使得倒角处接触应力提高;导管的扩口角度越小,密封面平均接触应力越高,进而提高导管连接的密封性能。研究结果可为航空导管密封性能优化提供参考。     

铝合金油管特殊螺纹接头设计及密封性能

以应用于油井特殊环境下的铝合金油管为研究对象,对其接头螺纹及密封进行了设计研究。首先根据应用环境,确定了接头的结构及密封形式,然后采用理论设计方法,对偏梯形螺纹进行等强度设计,通过建立二维轴对称有限元模型,对螺纹面、密封锥面、密封环的密封特性进行了设计研究,结果表明:螺纹面和锥面的接触应力都随着其自身过盈量的增加而增加,但内外锥面的接触应力随着螺纹面过盈量的增加而减少,螺纹面的接触应力随锥面的过盈量变化不大。端面密封环过盈量的设计要综合考虑油管及自身受力的变形,以确保在密封环的变形量在其弹性范围内,提供较好的密封性能。最后以设计的结构参数为例,分析了接头在不同工况下的强度及密封性能,结果满足应用要求,验证了设计的合理性。     

梅花形密封圈密封性能的有限元分析

针对钳盘式制动器制动活塞采用传统的O形橡胶密封圈容易存在局部变形、弹性不足致使密封失效等问题,为了提高制动活塞的密封性能设计了一种梅花形密封圈。利用Ansys Workbench软件建立了梅花形密封圈有限元模型,对其进行了热—结构耦合场的有限元分析,并与传统的O形密封圈进行了对比。结果表明:梅花形密封圈的Von·Mises应力和接触应力随着摩擦因数增大而缓慢减小,并且随着介质压力增大而增大,同时,其特殊的截面结构使得Von·Mises应力随着预压缩量的增大而减小;相比O形密封圈,梅花形密封圈的最大Von·Mises减小了10.39%,最大接触应力减小了10.29%,温度场的最高温度降低了28.3%。梅花形密封圈应力变化波动较小,可避免应力集中,其密封性能优于O形密封圈,使用寿命也较长。     

深海高压环境下组合密封结构性能分析

以深海高压环境下的组合密封结构为对象,基于ABAQUS有限元分析软件建立组合密封结构非线性轴对称有限元模型,分析深海高压环境对组合密封结构密封性能的影响,探明组合密封结构在深海高压环境下几何变形情况以及密封界面上接触应力的分布规律.结果表明:对于滑环槽型为矩形截面的组合密封结构,所受的最大应力主要集中在滑环的右上端部和左下端部,且接触压力分布较为均匀,有利于提高组合密封结构的密封性能.同时,组合密封结构中O形橡胶密封圈和滑环所受的最大Von Mises应力随着海水深度的增大而逐渐增大,研究结果为深海高压环境下组合密封结构几何参数的选择与优化设计提供理论指导与技术支撑.     

反应堆压力容器用Inconel 718合金O形环密封性能

基于二维轴对称非线性弹塑性模型,对反应堆压力容器(RPV)用Inconel 718合金O形密封环进行了有限元分析,在实验验证的基础上探讨了O形环压缩率、截面直径、管材壁厚和环外径等关键参数对密封性能的影响.结果表明:压缩率对其密封面接触应力分布、大小以及变形特性有重要影响;增加O形环截面直径可提高其回弹性能,但也会引起密封线比压的下降,而壁厚对回弹量和线比压的影响与截面直径相反,但O形环外径对其回弹量和线比压的影响较小;工程上推荐RPV用O形密封环的压缩率控制为12%~16%、截面直径选择12.7 mm左右、壁厚取1.35~1.65mm,此时O形环可以达到较好的密封性能.     

密封弧面半径对C形组合密封圈密封性能的影响

为研究密封副处弧面半径大小对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件数值仿真方法研究了氢化丁腈橡胶和三元乙丙橡胶两种材料组成的C形组合密封圈.介绍了两种材料的非线性以及ANSYS中描述这类材料特性的Mooney-Rivlin模型,然后简述了有限元模型的建立、接触对以及载荷的设置.根据仿真得出的云图和数据,分别从Von Mises应力、剪切应力和接触压力三个方面来考察密封副处的弧面半径对C形组合密封圈密封性能的影响及密封圈能否满足工作要求.结果表明:在不同弧面半径的参数下,密封圈都可以达到密封效果;在弧面半径较大时,由于Von Mises应力以及剪切应力都较大,增加了密封失效可能性;在弧面半径较小时,密封副处接触压力比较大,增大了密封圈的磨损率,减短其使用寿命.得出当密封弧面半径选择13 mm时,最大Von Mises应力和剪切应力比较小,密封副处的接触压力适中,此值较为合理.     

两种油管气密封螺纹接头性能仿真

采用三维有限元仿真方法对VAM TOP、NK3SB两种气密封螺纹接头在上扣、拉伸载荷及弯曲载荷3种工况下的联接及密封性能进行研究,并对两种扣型的性能进行对比分析。结果表明:两种扣型台肩与密封面过渡区域有较为严重的应力集中,是气密扣结构最薄弱环节;上扣工况密封面接触应力沿周向表现出一定的螺旋特性,NK3SB扣型主密封受螺纹影响较小,VAM TOP副密封受螺纹影响较小;拉伸工况NK3SB螺纹应力分布更为均匀,弯曲工况VAM TOP螺纹应力波动较小;拉伸及弯曲工况下,NK3SB扣型球面/锥面主密封性能更为优异,VAM TOP反向台肩副密封性能更优异。     

地铁曲线段轮轨接触三维有限元分析

建立曲线段地铁线路的轮轨接触三维有限元模型,研究行车速度、曲线半径、轴重、钢轨超高、轮轨接触位置和摩擦系数等因素对轮轨接触状态的影响,结果表明:钢轨最大等效应力先随行车速度的增加而减小,且一旦行车速度超过设计速度,等效应力就随之增大;改变钢轨的曲线半径和超高不会影响最大等效应力谷值的变化,但轴重的增加会使等效应力的谷值升高;曲线半径和超高的增加或速度的降低,将会导致接触位置为靠近轮缘一侧工况下的钢轨最大等效应力下降,远离轮缘一侧工况下的钢轨最大等效应力上升;不同摩擦系数因数下的钢轨最大等效应力变化不大。     

蜂窝叶顶密封对透平级气动性能的影响研究

采用数值计算方法研究了蜂窝叶顶密封的几何尺寸对汽轮机高压缸两级内气动性能的影响,分析了蜂窝密封的几何参数,包括密封间隙、蜂窝孔深、蜂窝孔径对透平级气动性能的影响规律。研究结果表明:随着蜂窝密封间隙的增大,动叶下游静叶内二次流损失增加,透平级内总总等熵效率下降,密封内泄漏量近似线性增加;随着蜂窝孔深的增大,总总等熵效率先增大后基本趋于定值,泄漏量则随孔深的增大先减小然后趋于定值;蜂窝孔径对透平级气动性能的影响主要取决于孔内和密封出口的泄漏流场结构,随着蜂窝孔径的增大,总总等熵效率逐渐增大,泄漏量逐渐减小;蜂窝密封间隙的变化对主流流场的影响显著,蜂窝孔径的变化对主流流场的影响次之,而蜂窝孔深对主流流场的影响较弱。     

深水卡爪式连接器密封优化分析及试验研究

针对深水卡爪式连接器的密封性能,以赫兹理论为基础,建立了透镜式密封的接触力学模型,得出半接触宽度、最大接触应力及压紧力之间的关系,指出透镜式密封圈的球面半径和法兰锥面角度是影响深水卡爪式连接器密封性能的主要结构参数.对深水卡爪式连接器的密封结构进行参数化建模,以最小压紧力为目标函数对其进行了优化,通过敏感性和相关性分析验证了设计参数对密封性能的影响,得到设计最小解.对优化前后的密封结构进行有限元仿真分析,证明优化后的结构可以有效地提高密封性能,最大接触应力增加了37.9%,接触宽度增加了36.0%.建立卡爪式连接器密封性能等效试验模型,对优化前后的密封结构进行静水压力试验,给出了相应的试验结果对比,证明了优化后结构尺寸的正确性和合理性.     

方形同轴组合密封的结构及运行参数优化研究

利用ANSYS分析了方形同轴组合密封的结构及运行参数对其动静态密封性能的影响.结果表明:主密封面的最大静态接触压力随着滑环厚度的增加而显著减小,随滑环两侧倒角或O形圈压缩率的增加而增大;活塞杆的往复运动速度和滑环的摩擦因数对主密封面的最大动态接触压力和密封面间的摩擦力影响不明显.应用响应曲面法,以得到密封面最大接触压力和最小摩擦力作为优化目标,对该组合密封的结构参数进行优化设计,得到了方形同轴组合密封的最佳参数组合方案,即当方形同轴密封的滑环厚度为2.03,mm、顶倒角角度为33.26°、O形圈压缩率为16.70%,时密封性能最优.     

带金属O形环法兰密封结构的三维有限元分析

借助ANSYS Workbench有限元软件对带金属O形环法兰密封结构进行三维有限元分析,研究预紧工况和操作工况时法兰接触面处的接触压力及应力分布规律.结果表明:随着螺栓预紧力的增加,最大接触压力及最大应力值均增加,最小接触压力减小;操作工况时,随着流体内压的增大,最小应力值基本未发生变化,最大接触压力及最大应力值均减小,且最大接触压力均大于液体内压.     

O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响

基于三重非线性理论,运用ANSYS Workbench软件,研究O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响。在沟槽底角a分别取80°、90°和100°的条件下,仿真分析了介质压力和摩擦系数变化时O形圈的Von Mises应力和接触压力分布情况,以此为O形圈密封性能的判定依据。结果表明,在一定的初始压缩率(ε=15%)和摩擦系数(f=0.1)条件下,沟槽底角不同时O形密封圈的最大Von Mises应力和最大接触压力都随着介质压力的升高而增大,其中a=80°和a=100°时的Von Mises应力变化基本相同,且始终大于a=90°时的对应值;与其他两种沟槽底角相比,a=100°时O形圈主密封面上的最大接触压力较大,密封性能更好;在一定介质压力下,沟槽底角不同时O形密封圈在3个密封面上的最大接触压力都随着摩擦系数的增大而先降后升,但始终大于介质压力,从而可以确保其密封性能良好。     

最小抵抗线对台阶模型爆破效果影响研究

为揭示最小抵抗线（W）对台阶模型爆破效果的影响,利用相似准则原理加工混凝土台阶模型进行爆破试验,并采用高速摄影系统、瞬态信号测量仪以及超动态应变测试仪等对爆破效果进行监测分析,得到结果如下:爆堆质量及最大块度随着W的增大而增大;随着W的增加自由面初速度减小,模型装药中心点合速度与水平方向夹角逐渐减小,且W越大夹角减小越缓慢;自由面上的峰值应变随到爆源距离的减小而增大;随着W的增大最大振动速度会先增加后减小,爆破振动主频则呈现逐渐降低的趋势.      

接触载荷作用下非均质材料表层应力集中分析

利用数值化等效夹杂方法分析接触载荷作用下规则分布杂质单元影响材料表层最大von Mises应力大小和位置,并与相同工况下均质材料分析结果进行对比。在此基础上,研究不同分布参数下正态分布杂质单元对材料应力集中行为的影响。研究结果表明:在特定接触载荷作用下,均质材料表层最大von Mises应力随摩擦因数增大而增大,但杂质单元的存在将改变最大von Mises应力位置变化规律。非均质材料基体表层应力集中随分布杂质单元x方向平均坐标值增大而逐渐增大;随y方向平均坐标值增大而逐渐减小;随杂质单元半径增大而先增后减;分布杂质单元体积分数增大将导致基体最大von Mises应力上升。     

静水压力对水下滑翔器O形圈密封性能影响的数值分析

利用Workbench软件模拟不同压缩率下静水压力对O形圈变形、范·米塞斯应力和接触压力的影响,得到其间的对应关系.计算表明,静水压力对密封圈变形的影响随着压缩率的增大而减小;压缩率较小时,静水压力的增加会引发挤入现象,从而使范·米塞斯应力急剧增大,导致密封圈破坏,故水深较大时,需较大的压缩率或添加挡圈;在不同的压缩率下,接触压力随静水压力的增加而增大,最大接触压力始终大于静水压力,可保证其正常的密封性能.计算结果可为完善水下滑翔器密封结构的设计提供参考.