本文選題：月球樣品密封　切入點：O形橡膠圈　出處：《浙江大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：對于我國開展的探月三期工程,可靠的月球樣品密封裝置是后續(xù)地面分析科學(xué)性的保證。然而,無論是美國阿波羅計劃還是蘇聯(lián)月球計劃,樣品封裝之后均出現(xiàn)了不同程度的泄漏,在返回地球后難以繼續(xù)維持樣品原有的月球高真空環(huán)境。因此,本課題對于月球樣品密封結(jié)構(gòu)的研究不僅符合國家重大需求,同時具有一定的挑戰(zhàn)性。 本論文針對我國探月工程三期所提出月球樣品封裝的可靠性、自動化和輕量化要求,結(jié)合國內(nèi)外深空樣品密封技術(shù)研究成果,提出了爆炸焊接密封、釬焊密封、以及O形橡膠圈與刀口擠壓冗余密封(簡稱“冗余密封”)三種方案,設(shè)計相應(yīng)原理樣機(jī)并分析優(yōu)化,最終從可靠性角度出發(fā),選擇冗余密封方案�；赗oth擠壓填充密封機(jī)理,對冗余密封的O形橡膠圈和刀口擠壓密封結(jié)構(gòu)分別建立數(shù)值模型并優(yōu)化,分析泄漏形成的各類途徑及其影響因素；另外,重點對關(guān)鍵密封材料銦銀合金的特性與焊接性能進(jìn)行研究,包括銦-銀二相圖分析、銦銀合金冶煉工藝選擇、與各類基體材料的浸潤性試驗、焊接強(qiáng)度檢測試驗、X射線照射焊接孔洞率分析檢測試驗等,驗證銦銀合金用于月球樣品密封裝置的初步可行性,并為后續(xù)地面實驗奠定基礎(chǔ)。在泄漏分析的理論基礎(chǔ)上,基于氦質(zhì)譜檢漏法,進(jìn)行冗余密封結(jié)構(gòu)地面漏率檢測實驗臺設(shè)計與搭建,一方面,分析橡膠種類、安裝方式、溫度交變等對O形橡膠圈密封性能的影響；另一方面,檢測刀口擠壓銦銀合金密封結(jié)構(gòu)的漏率、壓緊力及溫度承受范圍等,進(jìn)行可行性驗證。結(jié)合上述泄漏理論分析與地面實驗結(jié)果,該論文最后給出冗余密封用于月球樣品密封裝置的推薦材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)與工藝選擇等結(jié)論性建議。 本論文的主要內(nèi)容如下： 第一章介紹了月球樣品密封技術(shù)在探月工程中的意義,隨后闡述國內(nèi)外空間活動中行星樣品封裝技術(shù)的研究現(xiàn)狀,著重于對比分析多種密封材料、密封結(jié)構(gòu),最后提出了本課題的研究內(nèi)容與研究難點。 第二章對月球樣品裝置的密封任務(wù)進(jìn)行分解,并對可能影響密封可靠性的工況因素進(jìn)行分析,在此要求下,提出了三種適用于月球樣品密封裝置的方案,包括：爆炸焊接密封、熔化釬焊密封、O形橡膠圈徑向安裝和刀口擠壓銦銀合金的冗余密封。對三種方案建立相應(yīng)理論模型并比較分析各自優(yōu)缺點,最終從可靠性角度出發(fā),選取冗余密封作為后續(xù)泄漏理論分析和地面考核實驗的方案依據(jù)。 第三章對月球樣品的冗余密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行泄漏理論分析。針對O形橡膠圈密封結(jié)構(gòu),在Roth擠壓填充密封機(jī)理的基礎(chǔ)上,通過經(jīng)驗公式,建立漏率數(shù)值模型,并分析0形橡膠圈壓縮率、老化滲透、溫度變化對密封性能的影響,為密封結(jié)構(gòu)以及地面考核實驗設(shè)計提供理論依據(jù)；針對刀口擠壓銦銀合金密封結(jié)構(gòu),一方面,在擠壓填充密封機(jī)理的基礎(chǔ)上,通過有限元分析計算刀口表面應(yīng)力分布得到漏率數(shù)值模型,從而對刀口結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,并從理論上探究刀口擠壓密封低漏率的本質(zhì),另一方面,探索了月球表面超高真空環(huán)境下刀口擠壓銦銀合金的固態(tài)焊接成型機(jī)理,用以進(jìn)一步提高密封可靠性。最后,分析了冗余密封結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵密封材料銦銀合金的各方面特性及冶煉加工方法,并鑒于其焊接固定于筒體溝槽,開展了多種焊接試驗,包括不同金屬鍍層的浸潤性比較試驗、釬焊焊接強(qiáng)度檢測試驗、X射線照射下焊接孔洞率的圖像分析、以及高低溫交變環(huán)境試驗、形位公差檢測等。上述研究對冗余密封結(jié)構(gòu)用于月球樣品返回計劃進(jìn)行了初步可行性論證,也對后續(xù)的地面漏率檢測實驗設(shè)計提供依據(jù)。 第四章針對月球樣品冗余密封裝置的O形橡膠圈密封結(jié)構(gòu)和刀口擠壓銦銀合金密封結(jié)構(gòu),采用氦質(zhì)譜檢漏法分別進(jìn)行了地面漏率檢測實驗。對于O形橡膠圈密封結(jié)構(gòu),實驗進(jìn)行了三種不同型號的橡膠材料以及兩種不同安裝方式在溫度交變環(huán)境下的漏率變化對比。通過實驗結(jié)果的分析,綜合低溫交變橡膠回彈性、室溫漏率值以及滲透率等因素,初步選擇丁腈橡膠5080,另外,O形橡膠圈的軸向安裝相對于徑向安裝密封結(jié)構(gòu),具有更大的溫度適用區(qū)間,原因是O形橡膠圈的收縮方向?qū)Σ煌惭b方式下不同接觸應(yīng)力補(bǔ)償所帶來的差別。對于刀口擠壓銦銀合金密封結(jié)構(gòu)的漏率實驗,結(jié)果表明該結(jié)構(gòu)具有更低的漏率和更小的壓緊力,適合于驅(qū)動裝置輕量化的實現(xiàn),同時合金中少量銀的添加擴(kuò)大了密封結(jié)構(gòu)的溫度適用范圍。 第五章概括了全文的主要研究內(nèi)容,總結(jié)了研究成果,驗證冗余密封用于月球樣品密封裝置的初步可行性,并給出推薦材料、優(yōu)化結(jié)構(gòu)與工藝選擇等結(jié)論性建議,最后展望該課題的進(jìn)一步研究的思路與方法。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：V476.3;TB42

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1572278