發(fā)布時間：2020-07-10 17:44

【摘要】：管道和壓力容器通常是采用法蘭墊片結(jié)構(gòu)連接形式,其中墊片的作用是為了減少密封介質(zhì)的泄漏。由于法蘭墊片結(jié)構(gòu)在工程設(shè)備中的應(yīng)用十分廣泛,密封介質(zhì)通過墊片的泄漏是整個設(shè)備泄漏的主要來源,所以該結(jié)構(gòu)密封機(jī)理與泄漏率計算模型的研究具有重要的理論意義和工程實用價值。國內(nèi)外的研究工作者們對法蘭墊片結(jié)構(gòu)的密封特性進(jìn)行了多方面的研究,研究方向主要集中在連接結(jié)構(gòu)宏觀密封機(jī)理、密封區(qū)域微觀泄漏模型、密封粗糙區(qū)域微觀接觸力學(xué)等。雖然法蘭連接結(jié)構(gòu)密封性能的相關(guān)研究比較全面,但是現(xiàn)存的泄漏機(jī)理模型和泄漏率的預(yù)測方法都包含了大量的實驗回歸系數(shù)。為了準(zhǔn)確地預(yù)測法蘭墊片結(jié)構(gòu)不同工況下的泄漏率,本文結(jié)合密封粗糙區(qū)域的流動模擬數(shù)據(jù)和微觀力學(xué)接觸分析結(jié)果,提出了一個不依賴實驗回歸系數(shù)的泄漏率的理論預(yù)測模型。首先利用MATLAB軟件生成粗糙面輪廓高度服從Gauss分布的隨機(jī)數(shù)值粗糙表面,然后把生成的數(shù)值粗糙表面數(shù)據(jù)導(dǎo)入SOLIDWORKS軟件中構(gòu)建粗糙表面三維模型,隨后利用ANSYS模擬仿真軟件對粗糙密封接觸區(qū)域三維模型進(jìn)行流體仿真,最后根據(jù)大量不同工況下泄漏率的模擬結(jié)果整理出流量因子的表達(dá)式。由流量因子的表達(dá)式可知連接結(jié)構(gòu)的泄漏率與密封接觸應(yīng)力和密封間隙高度等參數(shù)相關(guān)。本項目根據(jù)接觸力學(xué)理論構(gòu)建了粗糙面微觀粗糙峰接觸模型,利用ABAQUS有限元分析軟件對接觸模型進(jìn)行分析,根據(jù)有限元分析結(jié)果整理出密封間隙高度關(guān)于密封接觸應(yīng)力和密封系數(shù)的表達(dá)式,最后基于多孔滲流理論并結(jié)合流體仿真和有限元分析結(jié)果提出泄漏率的理論預(yù)測模型。為了驗證了理論預(yù)測模型的準(zhǔn)確性,本文把項目中吊裝孔和參考文獻(xiàn)固體燃料電池實驗數(shù)據(jù)同泄漏率的理論值進(jìn)行了比較驗證。本文隨后根據(jù)泄漏率的理論預(yù)測模型對泄漏率影響因素進(jìn)行了分析,研究了粗糙面粗糙度、工作溫度、密封接觸應(yīng)力、密封介質(zhì)種類等因素對密封性能的影響。研究結(jié)果對復(fù)合金屬墊片法蘭墊片密封的性能優(yōu)化設(shè)計起到了重要指導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH136
【圖文】：

1圖 1-1 螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)示意圖中墊片的材料主要是復(fù)合金屬式，法蘭墊片密封結(jié)構(gòu)的工作片的材料特性，相同密封接更容易出現(xiàn)老化現(xiàn)象，因此片在密封接觸應(yīng)力的作用下工作過程中這種特性將會對墊的力學(xué)和材料性能對連接結(jié)構(gòu)中墊片的主要作用是減少密1.螺栓 2.墊片 3.法蘭

圖 1-2 法蘭墊片結(jié)構(gòu)泄漏示意構(gòu)的界面泄漏一般指的密封介質(zhì)通過法蘭和墊片應(yīng)用中工件加工表面不會是絕對光滑的，其總是存介質(zhì)從法蘭和墊片之間的密封粗糙接觸間隙中泄漏由一系列不同高度的波峰波谷所疊加而成的，在密上這些波峰波谷會形成流道。由此可知密封粗糙面著的影響，因此有關(guān)密封接觸表面的微觀形貌以及結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的研究工作者們針對螺栓法蘭墊片連接結(jié)構(gòu)展開了墊片密封系統(tǒng)的研究主要集中在連接部件密封接觸密封性能影響。整個相關(guān)的研究內(nèi)容可以歸納為三

部件的這種材料特性將會影響到tevens-Guiue 和 Csago 等人[1]描述了不同纏密封接觸應(yīng)力作用下的變形特性，分析了密。研究結(jié)果表明：相同的密封間隙高度條件的密封接觸應(yīng)力，在后續(xù)的實驗中他們發(fā)現(xiàn)著指數(shù)函數(shù)的關(guān)系。根據(jù)最終連接密封結(jié)構(gòu)壓強(qiáng)等因素對密封系統(tǒng)密封接觸應(yīng)力有著件研究了不同預(yù)緊應(yīng)力和不同介質(zhì)壓強(qiáng)條人[3]利用有限元模擬軟件對墊片在不同平均有限元分析，由密封接觸區(qū)域的應(yīng)力分布結(jié)方向應(yīng)力分布規(guī)律有重要影響，另外應(yīng)力分區(qū)域?qū)B接結(jié)構(gòu)的密封性能起著至關(guān)重要的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 呂祥奎;楊文健;許國良;黃曉明;;密封結(jié)構(gòu)中粗糙表面特征對其氣密性的影響[J];機(jī)械工程學(xué)報;2015年23期

2 唐進(jìn)元;廖東日;周煒;;基于NCGM的粗糙表面數(shù)值模擬與實驗對比[J];中國機(jī)械工程;2014年14期

3 杜坤;劉美紅;;基于螺栓法蘭連接系統(tǒng)的墊片應(yīng)力分析[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2013年05期

4 楊國慶;熊美華;洪軍;劉會靜;王飛;;3D粗糙表面的數(shù)字化表征與接觸特性分析[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2012年11期

5 趙金娟;王世軍;;雙粗糙表面接觸模型中微觀摩擦系數(shù)的確定[J];西安理工大學(xué)學(xué)報;2012年02期

6 許志倩;閆相禎;楊秀娟;秦志堅;丁文超;;隨機(jī)抽樣在粗糙表面接觸力學(xué)行為分析中的應(yīng)用[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2012年05期

7 劉麟;顧伯勤;李傳文;;墊片外緣最大應(yīng)力對螺栓法蘭連接結(jié)構(gòu)泄漏率影響[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2012年05期

8 何清;劉更;佟瑞庭;;二維多粗糙峰粘著接觸問題的有限元分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2010年10期

9 張起生;王曉春;謝鳴;;符合Gauss分布規(guī)律的隨機(jī)粗糙表面數(shù)值模擬[J];燕山大學(xué)學(xué)報;2008年06期

10 楊楠,陳大融,孔憲梅;多粗糙峰彈塑性接觸的有限元分析[J];摩擦學(xué)學(xué)報;2000年03期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馮蘭蘭;線接觸粗糙表面的分形模擬與接觸特性研究[D];浙江大學(xué);2015年

2 廖東日;基于FFT與線性變換方法的粗糙表面數(shù)值模擬[D];中南大學(xué);2013年

本文編號：2749246