分级加载下核级石墨密封垫片的压缩回弹性能研究

为加强核级石墨密封垫片的密封效果,提高核电密封系统的可靠性,通过试验的方法分别研究了核级石墨密封垫片在4级加载、8级加载和1次加载三种不同加载方式下的压缩回弹曲线以及压缩率、回弹率,通过对比分析,探索加载方式对垫片压缩回弹性能的影响和加载方式对垫片压缩回弹性能作用的内在机理。研究结果表明,分级加载对垫片的压缩回弹性能有较大影响,垫片的石墨密封环随着分级加载次数的增加,塑性变形逐渐积累发生硬化,使得垫片的压缩模量逐渐增大;相较于1次加载,采用4级加载、8级加载使得垫片的压缩率逐渐增大,回弹率不断下降,分级加载次数越多使得垫片压缩回弹性能下降越明显。因此,采用1次加载或较少分级次数加载更有助于保证垫片的密封性能。     

石墨密封垫片的循环压缩回弹性能

通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0. 25 MPa/s、0. 5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0. 5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0. 5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。     

不同金属骨架变形特性对柔性石墨复合垫片力学性能的影响

采用ABAQUS有限元数值模拟研究柔性石墨金属波齿复合垫片的不同金属骨架在一定齿数、齿深和齿厚时的变形特性,在齿数N=3～7、齿深H=0.3～0.7 mm、齿厚t=1～1.6 mm参数组合下的波纹形金属骨架的压缩回弹性能较好。复合垫片的压缩量主要由柔性石墨提供,而回弹量则主要取决于金属骨架的结构形式和参数。对波纹形金属骨架与柔性石墨复合后的垫片的压缩回弹性能进行了数值研究,以复合垫片最佳压缩率和最大回弹率为目标,对金属骨架的结构参数进行了优化,优化后的波纹形复合垫片的骨架结构参数为齿数N=3,齿深H=0.7mm和齿厚t=1 mm;柔性石墨层厚度T=1.5 mm。     

不均匀预紧对螺栓法兰垫片接头密封性能的影响

测量了柔性石墨-不锈钢金属缠绕垫片的非线性压缩-回弹曲线,建立了螺栓法兰垫片接头整体结构有限元模型,采用泄漏率来表征其密封性能,分析了螺栓不均匀预紧对接头密封性能的影响。结果表明：个别螺栓欠预紧会导致密封泄漏率增加;欠预紧程度越大,欠预紧螺栓数目越多,螺栓间越互相靠近,则泄漏率越大,且泄漏位置出现在欠预紧螺栓区域;个别螺栓超预紧时,泄漏率不降反略有增加,泄漏位置出现在超预紧螺栓对侧区域。     

湛江组结构性黏土变形特性试验研究

天然软黏土普遍具有结构性。结构性黏土在我国湛江地区分布广泛,该区域黏土具有天然含水率高、孔隙比大、高压缩性和低渗透性等特点,其土体结构特征对其变形特性有较大影响。以湛江市东海岛地区灰色结构性黏土为研究对象,通过室内试验研究其在加载作用下的压缩特性,以及在卸载作用下的回弹特性。主要结论如下:1天然原状土与重塑土的压缩特性存在较大差异,以重塑土为试验对象测得的土体力学指标不能很好的代表实际工程中原状土的力学特性;2天然原状土在加载阶段和卸载阶段的变形规律有相同之处,但土体在卸载阶段产生的总回弹变形量远小于加载阶段产生的总压缩变形量;3天然原状土存在临界卸荷比R为0.25和0.75,当0R≤0.25时,土样回弹变形量很小;当0.25R0.75时,土样发生回弹变形;当R≥0.75时,土体发生明显回弹变形,且此阶段回弹变形量占总回弹变形量比例最大。     

发动机气缸密封垫压缩回弹性能测试技术研究

介绍了压缩回弹试验机的整体结构,表述了试验机系统的工作原理。整个系统通过计算机控制进行加载和卸载,利用高精度的光栅尺位移传感器测量垫片的变形量,实现了对发动机气缸密封垫的两个重要参数压缩率和回弹率的自动测量,测量精度较高,应用前景广泛。     

PEMFC密封结构的泄漏机理模型及应力松弛影响

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)的金属双极板的压缩密封结构,提出一套泄漏率理论预测方法.该方法以基于粗糙间隙流动数值分析的泄漏机理模型为基础,耦合了粗糙元微观力学变形特性分析和橡胶垫片宏观力学变形特性分析,由于不依赖任何经验参数,因此可以定量评价各种因素对密封结构密封性能的影响,包括密封材料的长期应力松弛行为.与已有实验研究相比较,所提出的泄漏率预测模型具有较高的精度.根据进一步的计算分析,为维持长期泄漏率在20 mL/s以下,密封结构参数可参考如下方案:双极板粗糙度低于15μm,硅橡胶平垫片邵氏硬度在50～60范围内,初始压缩率在15%以上.研究结果可为PEMFC密封结构设计提供理论指导.     

W形柔性石墨金属缠绕垫片压缩—回弹性能试验与优化研究

通过使用不同宽度平钢带设计出3种W形柔性石墨金属缠绕垫片,在不同缠绕压紧力和拉紧力下,对304钢内外环柔性石墨缠绕垫片进行三因子三水平压缩—回弹性能优化试验研究,从而找出显著影响该结构垫片的重要参数及其对性能的影响规律,找出性能最佳参数组合。     

车门密封条压缩力的仿真与实验研究

车门密封条主要用于车门的固定、防水、防尘及密封,对驾乘体验的舒适感和安全性有重要的影响,因此研究车门密封条压缩力特性具有实际应用意义。分析了车门密封条压缩受力情况,利用Marc软件中的Foam模型进行了仿真计算与分析,得到了有限元分析结果。最后通过实验得到密封条压缩负荷特性曲线,与仿真结果进行对比,误差较小,验证了理论与实验的一致性。结果表明用Marc软件仿真求解密封条压缩力的结果对实际研究压缩力特性是有效的。     

垫片高温试验装置的研制

在对法兰密封常用垫片进行了大量室温条件下的试验研究的基础上，为了解决高温工况下的法兰密封问题，研制了专用的垫片高温性能试验装置，成功地解决了装置的升温与控温，以及高温条件下的加载与卸载、垫片变形和泄漏率测量等技术难点；经过３００多小时的垫片高温性能试验，得到了令人满意的结果．表明该装置达到了预期设计目标，已基本上具备了进行垫片高温性能试验的条件．     

垫片高温试验装置的研制

在对法兰密封常用垫片进行了大量室温条件下的试验研究的基础上，为了解决高温工况下的法兰密封问题，研制了专用的垫片高温性能试验装置，成功地解决了装置的升温与控温，以及高温条件下的加载与卸载，垫片变形和泄漏率测量等技术难点，经过３００多小时的垫片高温性能试验得到了令人满意的结果，表明该装置达到了预期设计目标，已基本上具备了进行垫片高温性能试验的条件。     

镍钛形状记忆合金压缩力学行为及其密封性能

法兰密封连接是过程工业装置中最常见的可拆连接形式,在保证法兰连接良好的密封性能及长久的使用寿命上,密封新材料的开发和应用具有重要意义。以Ni_(50.9)Ti_(49.1)(原子分数)形状记忆合金为对象,研究其在压缩载荷作用下的力学行为;加工了镍钛合金平垫片,研究密封连接结构泄漏率随预紧力、介质压力及温度的变化规律。试验结果表明:镍钛合金压缩载荷作用下具有超弹性特性,马氏体相变初始应力为270 MPa,不同压紧应力下试样的回弹率都达到99%以上。在恒定预紧力下,随着介质压力的提高,密封连接的泄漏率呈增加的趋势;随着温度的增加,泄漏率呈下降的趋势。最终,依据不同的工况条件获得了最佳的预紧力范围。     

垫片型式对螺栓交互作用影响有限元分析

垫片作为法兰长期密封的关键,其型式上的不同会对螺栓间的弹性交互作用产生重大影响。选用石墨金属缠绕式垫片和聚四氟乙烯垫片,采用有限元数值模拟方法,研究顺次、交叉加载方式下垫片内径为100 mm、110 mm、120 mm、134 mm时螺栓间的弹性交互作用规律。建立DN100 PN40法兰实验装置;并验证了模型的准确性。模拟结果表明,随着垫片内径的不断增大,螺栓载荷会发生明显变化,某些螺栓所受弹性交互正、负作用类型会发生转变,弹性交互正、负作用强度会逐渐降低;相较于石墨金属缠绕式垫片,聚四氟乙烯垫片引起的螺栓载荷波动和弹性交互正、负作用强度波动更为剧烈。在两种垫片都适用的工况下,采用顺次加载、内径较大的石墨金属缠绕式垫片能达到更好的密封效果。     

煤岩组合体分级循环加卸载力学特性的实验研究

使用MTS815岩石力学实验系统,对煤岩组合体进行单轴分级循环加卸载实验,对煤岩组合体在分级循环加卸载实验条件下的力学特性进行分析。研究结果表明:在单轴分级循环加卸载实验条件下,煤岩组合体破坏以剪切破坏机制为主;与单轴抗压强度实验结果相比,在单轴分级循环加卸载作用下,煤岩组合体内部微观裂纹得到扩展,试样的整体强度降低,试样破坏更彻底;在分级加卸载过程第1阶段中,煤岩组合体单循环应变曲线及能耗曲线呈现先骤然下降然后平缓下降的趋势,初始应力与耗散能和应变呈现正相关关系。     

桩长对单桩沉桩阻力和承载力特性影响的模型试验

静压桩的应用越来越广泛,为明确桩长与沉桩和承载力特性之间的关系,基于室内模型试验,对砂土中不同桩长的模型桩沉桩全过程进行了分析研究。采用振弦式压力计、微型土压力盒和高精度位移计对沉桩时的压桩端阻力、卸载后的桩周土压力和桩体回弹量进行测量,揭示了桩长与单桩沉桩和承载力特性的关系。试验结果显示,利用端阻计有效测得沉桩过程中的压桩端阻力,在600mm深度范围压桩端阻力随沉桩深度和桩长的增大而近似线性增大的特性。微型界面土压力盒对桩周土压力的测量揭示了随桩长的增大卸载后的桩周土压力逐渐趋近于被动土压力,但在某一深度位置卸载后的桩周土压力随沉桩深度的增大而降低的变化规律。采用高精度位移计较准确测得卸载过程中的桩体回弹量,得到了桩体回弹主要发生在竖向与桩长有关,并且回弹量相对较小,约为桩长的0.35%。此外,桩体加载过程中沉降随加载变化的速率与桩长相关,桩体的极限承载力随桩长增大而非线性增大。研究结果对于进一步明确桩长对沉桩特性和桩体极限承载力特性的影响机理具有重要工程意义     

装配条件下密封填料的基本特性

以膨胀石墨模压成型填料、石棉线浸渍聚四氟乙烯编织填料和碳素纤维编织填料为试验样品,对其在装配条件下的基本特性进行了实验研究,建立了力学参数之间的各种经验关系式,进行了定量和定性分析。实验确定了单圈和多圈密封填料在装配条件下的基本特性,并对三种填料的基本特性进行了对比。研究表明,预压成型后填料的稳定性明显增强。三种填料中,石墨填料的稳定性最佳,对动态环境的适应性最强;石棉填料的密封可靠性最好。     

基于分形多孔介质输运的金属垫片泄漏研究

引入分形多孔介质理论对金属垫片的泄漏机理进行研究,建立了微孔结构与泄漏特性之间的本构关系式.基于粗糙峰分形接触模型获得了密封载荷与微孔结构几何参数之间的关系,建立了金属垫片泄漏率的理论预测模型,理论预测值与实测值比较符合,从而验证了模型的准确性.进一步分析表明:相较于材料力学特性,垫片表面粗糙特性对泄漏率的影响更为显著,尺度系数的减小可明显改善界面密封特性,而表面分形维数D的影响则较为复杂,当D=1.5时对密封特性最为有利.     

基于修正LM算法的Barlat89和Y-U联合模型参数反求

为精确预测高强钢的回弹，需要使用准确且全面描述其材料力学性能的材料模型参数，由此提出了一种基于修正的Levenberg Marquardt（LM）优化算法对Barlat89和Yoshida-Uemori（Y-U）联合模型参数进行反求的方法.以高强钢材料DP780为例，通过单向拉伸和拉伸压缩试验获取材料的力学性能曲线，使用LS-DYNA软件进行与试验对标的仿真分析，采用修正的LM算法连续优化仿真预设的材料模型参数，使得最终仿真求解输出与试验获取的材料性能曲线达到最小二乘意义上的相等，得到最优的材料联合模型参数.研究结果表明：使用的LM算法相关系数为0.951 4，算法收敛性较好；反求出的Barlat89和Y-U联合模型参数，能够同时较准确地描述DP780材料单向拉伸和拉伸压缩力学性能曲线；仿真结果曲线与试验曲线拟合程度较高，两者的平均相对误差为4.65%.此方法所获取的材料模型参数反映了材料正、反向加载时的力学特性，同时能够极大地提升回弹预测精度.     

秸秆长度对黑土力学特征的影响

【目的】研究了秸秆还田时不同长度秸秆对黑土力学特性的影响机制,为黑土压实与恢复、侵蚀与保护提供理论依据。【方法】试验于2016年6月以黑龙江省西北部的克山农场境内典型黑土区未经开垦(高有机质低黏粒含量)以及耕作40 a(低有机质高黏粒含量)的土壤为研究对象,在还田秸秆质量分数为1%、土壤含水量为20%,以及土壤容重为1.1 g/cm³的条件下,采用室内固结和三轴剪切相结合的方法,通过压缩指数、回弹指数、黏聚力及内摩擦角的测定与分析,模拟研究了不同长度(1、5、15、25 mm和空白对照)小麦秸秆对黑土压缩、回弹及抗剪切行为的影响机制。【结果】模拟秸秆还田可以有效改善黑土力学特性,长期耕作的低有机质高黏粒含量的土壤在添加秸秆后抵抗剪切能力的增强效果最为显著。秸秆长度分别与压缩指数呈负相关,与回弹指数呈正相关,且添加15 mm长度秸秆的黑土压缩指数最低而回弹指数最高,即此时其抗压能力及压实后自然恢复能力最强。随着秸秆长度的增加,黑土的抗剪强度逐渐显著增强,但增幅逐渐减小。【结论】秸秆还田措施对黑土力学特征有显著的改善效果,且模拟试验结果的秸秆最佳长度为15 mm。     

基于LabVIEW的物理虚拟仿真实验系统设计

主要以基于LabVIEW设计的物理虚拟仿真实验——"测量电阻的伏安特性曲线实验"和"伏安法测电阻实验"为例,说明运用LabVIEW设计物理实验的过程和方法.该仿真实验系统界面生动形象,交互性强,能实时对实验测量结果进行测绘.学生能直观地观察到不同参量或测试方法对测量结果的影响,从而有利于加深对相关知识点的理解.