干气密封补偿环O形圈的变形与应力分布规律

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、Von Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大Von Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明:O形圈密封最大Von Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.     

不同滑环槽形对组合密封结构性能影响分析

针对深海装备在深海高压环境下安全稳定运行的需要,基于非线性有限元接触理论,利用有限元分析软件ABAQUS建立组合密封结构的二维轴对称有限元模型,分析了不同滑环槽形对O形圈和滑环的最大Von Mises应力与接触应力的影响.结果表明:在不同的滑环截面形状下,O形圈的最大Von Mises应力位于滑环与沟槽之间的间隙处,且当滑环截面为矩形槽时,O形圈的最大Von Mises应力值相对比较小,同时不同滑环槽形对O形圈接触应力的影响非常小.相比较于其他滑环截面形状,滑环截面为矩形槽时所受的最大Von Mises应力与接触应力主要集中在滑环的第一个槽形口处,接触压力分布比较均匀,且接触压力变化曲线呈"三角形"分布,满足密封理论要求,有利于提高组合密封结构的密封性能,在高压环境下选用滑环截面形状为矩形槽时密封效果会更好.     

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.     

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.     

固体火箭发动机密封结构优化仿真分析

利用有限元软件ANSYS对固体火箭发动机的O形橡胶密封圈进行了有限元仿真分析。探讨了不同工作压力下O形密封圈和挡圈结构的Von Mises应力分布,结果表明:随着工作压力的增加,密封圈和挡圈的Mises应力不断增加,应力峰区也在相应发生变化;增加挡圈结构可以有效防止密封圈挤入密封间隙中;增加挡圈结构后随着工作压力的增加密封圈上的应力增加比较平缓,应力峰值也集中于密封圈与挡圈接触区域。     

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。     

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。     

深海压力补偿电机旋转轴密封性能分析

针对深海压力补偿电机旋转轴用O型橡胶密封圈,根据超弹性体非线性本构理论和接触问题的有限元分析方法,利用ANSYS软件对O型密封圈在不同初始压缩率、不同介质压差情况下的受力情况进行了分析研究,得到相应情况下的Von Mises应力云图及接触压力云图.结果表明:密封圈在压缩安装之后,应力集中在密封圈中部靠近轴和密封槽的地方,最大接触压力位于密封圈与轴及密封沟槽相接触发生挤压的部位,其大小与其初始压缩率及密封压差有关,初始压缩率越大,最大接触压力越大;密封压差越大,最大接触压力越大;在不同的环境压力下,压力补偿电机用O型密封圈的最大接触压力值始终大于其工作压力,保证了密封性能.     

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.     

某跳水馆铸钢节点设计与分析

利用ANSYS软件对某游泳跳水馆结构铸钢支座节点进行了有限元分析。根据有限元结果,分析了节点应力分布规律。按照Von.Mises应力强度理论分析了节点承载力的安全性。     

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。     

轴向载荷作用下连续管的抗内压/外挤分析

根据连续管在井下的应力状态,考虑轴向载荷,应用弹性失稳理论和von Mises屈服准则,对理想圆截面管进行抗内压分析,得出连续管的破裂压力.建立椭圆截面管的挤毁压力数学模型;运用有限元软件对连续管的挤毁压力进行计算机模拟分析;并对挤毁压力数学模型和有限元分析结果进行比较,二者吻合.     

Tribological Properties of API 10-Round Thread Connection During Make-and-Break Process

Galling is one of the most familiar failure forms for tubing and casing connections. It has been regarded as a key problem by metallurgy and petroleum systems all over the world. The theory of tribology and contact mechanics was used to analyze the contact force, plastic strain, and other parameters of API 10-round tubing connections in the process of makeup and breakout using the nonlinear finite element method. The stress states of the tubing thread connections were also analyzed for combined makeup and axial tensile loads. The results show that the main factors for tubing thread galling failure with thread grease are the normal contact force of the pin and box and the rigidity of the thread surface. The distribution of the contact force can be improved and the high contact force of the local thread can be reduced by optimizing the geometric parameters of the thread or using a small or varied pitch. The thread surface rigidity can be increased by improving the thread surface machining quality and by heat treatment. The chance of tubing thread galling failure can be reduced by designing hydraulic pressure tongs to avoid high speed and high torque makeup and by standardizing the operations of oilfield makeup and breakout.     

基于ANSYS Workbench的新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈的有限元分析

针对天然气输送管线过滤器锁环式快开盲板密封应用,提出一种新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈。采用ANSYS Workbench有限元分析软件进行参数化仿真分析,得到橡胶密封圈应力分布、变形情况和密封接触处压力分布,并重点分析了装配间隙处局部橡胶挤出状态。结果表明改进后密封圈的密封性能良好,橡胶变形及局部挤出现象得以改善。该型密封圈与原金属弹簧嵌入式鞍形密封圈相比,具有结构简单、制造经济、使用寿命长等特点。     

机械密封用O形橡胶密封圈微动特性

采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对机械密封用O形丁腈橡胶圈进行了轴对称有限元分析,重点考察了位移幅值、介质压力、压缩率及摩擦系数对其微动特性的影响.结果表明:随着位移幅值的增加,O形圈在微动界面上可呈现黏着、混合黏滑和完全滑移3种不同的接触状态;介质压力、压缩率及摩擦系数对O形圈的微动运行行为有重要影响;混合黏滑状态下O形圈密封界面摩擦力的显著波动会影响浮动环的浮动性;滑移状态下O形圈伴随着较高的Von Mises应力易导致其发生剪切破坏、表面磨损加剧;而在黏着状态下O形圈的综合性能最佳.因此,应避免O形圈运行于混合黏滑状态,压缩率取10%左右,并降低摩擦系数,以减缓其表面磨损和剪切破坏并满足补偿环浮动性和追随性.     

汽车轮毂冲击的 CAE与实验分析

针对汽车车轮冲击试验,通过动态响应有限元分析,确定车轮结构中的最大应力及危险位置,并通过实验应力分析,利用动态电阻应变仪等,测定并计算车轮结构中关键点的应力响应,利用MATLAB计算并绘制Von Mises应力响应曲线。通过对比有限元分析与实测结果,提出修正系数,对有限元分析模型进行修正,该结果可用于企业的车轮设计,提高产品结构设计的一次合格率。     

复杂力学环境中完井管柱屈曲行为及其防控措施

复杂力学环境中完井管柱由于处于超高温、高压的环境下,容易发生管柱屈曲,大大影响了管柱的服役寿命.基于弹塑性力学理论建立了实际井况下油管柱屈曲行为分析的有限元力学模型,并在此基础上分析了复杂力学工况下管柱的屈曲形态、横向位移等,再针对加扶正器、优化产量以及伸缩管的设计等缓解管柱屈曲措施对管柱屈曲行为的影响程度开展了研究.结果 发现:在苛刻工况下,油管柱底部易发生较为复杂的屈曲,从井深5 500 ～7 300 m井段的油管柱产生了螺旋屈曲的构型,整段屈曲段长达2 400 m;本文工况下,伸缩短节数达到6个后,全井段油管柱的屈曲段长度和管柱弯曲应力的减小速率大幅降低,伸缩短节的个数对管柱屈曲及弯曲应力影响大幅减弱.对于复杂环境下气井工况而言,控制产量对管柱屈曲行为改善最为明显,其次为扶正器设计,为提高油管柱寿命及气井完整性提供了技术支撑.     

基于有限元的高压容器开孔接管区应力分析

对压力容器开孔接管区进行了三维有限元分析,获得了容器筒体、接管及其连接部位的应力分布信息。结果表明:压力容器开孔接管区产生明显的应力集中,且应力集中系数随接管与筒体连接处距离的增大而快速降低,各类应力的最大值发生在接管与筒体连接处且位于接管上部位的内侧区域,是筒体失效的危险区域。     

水平井段管柱屈曲与摩阻分析

利用有限差分法和Newton迭代法 ,计算了斜直井段管柱螺旋屈曲临界力、沿螺旋段分布的管柱与井壁接触力以及后屈曲平均侧向接触力。分析了钻杆接头对水平井段钻柱屈曲临界力和弯曲应力的影响 ,提出了计算钻柱正弦屈曲临界力的新方法。结果表明 ,当轴向压力较小时 ,钻杆接头引起钻柱弯曲应力 ;当轴向压力较大时 ,接头会抑制螺旋屈曲的发生 ,降低钻柱的弯曲应力。另外 ,给出了水平井段钻柱出现反转的判别式。