液態(tài)火箭發(fā)動機對密封的可靠性要求很高,其密封性能的好壞將直接影響整個系統(tǒng)的性能。本文研究的組合密封結(jié)構(gòu)是某型號液態(tài)火箭發(fā)動機上的動密封裝置,其由一個聚四氟乙烯滑環(huán)和一個橡膠O形圈組成,要求在常溫20℃到低溫-40℃的范圍內(nèi)均能保持良好的靜、動密封。對此組合密封結(jié)構(gòu)在不同工作環(huán)境下的各種工作狀態(tài)進行有限元模擬研究,可以全面分析此密封結(jié)構(gòu)的密封性能,發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),提高密封可靠性,具有重要的意義。 本文首先分析了聚四氟乙烯和橡膠的材料特性,由于橡膠的力學行為不能像金屬材料一樣簡單地用彈性模量來描述,本文通過實驗獲得了丁腈橡膠在常溫(20℃)和低溫(-40℃)下的應力應變數(shù)據(jù),并利用ANSYS軟件擬合得到了此橡膠在常溫和低溫下的本構(gòu)方程。 建立了組合密封結(jié)構(gòu)的有限元模型,分別對常溫和低溫兩種環(huán)境下,組合密封結(jié)構(gòu)的靜止工作狀態(tài)、往復工作狀態(tài)進行數(shù)值模擬研究,獲得了應力場、位移場分布及變形情況,全面分析了組合密封結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境、不同工況下的靜、動密封性能。 利用流體動力學理論,結(jié)合有限元模擬結(jié)果,計算出動態(tài)油膜厚度,與經(jīng)驗值吻合的很好;由作圖法計算出接觸區(qū)域各點處的油膜厚度,并繪制了油膜分布曲線;從理論上分析了泄漏量的影響因素,為提高密封的可靠性提供了指導。 對影響本文密封結(jié)構(gòu)密封性能的工況參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了有限元數(shù)值模擬研究,找出了工作壓力、預壓縮量、唇前角、唇后角、滑環(huán)厚度、唇口偏移量等參數(shù)對密封性能的影響規(guī)律,并在此基礎上對此密封結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,得到了最優(yōu)解。 最后分析了組合密封結(jié)構(gòu)的主要失效形式以及影響因素,重點研究了摩擦系數(shù)、加工精度、工作溫度等對此密封結(jié)構(gòu)失效的影響規(guī)律,為此類組合密封結(jié)構(gòu)的設計提供了參考依據(jù)。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2008
【中圖分類】：TH136
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文第2章 密封材料及實驗參數(shù)測試種密封材料的性能，是正確設計、使用密封件的首要問題，密封結(jié)構(gòu)中的聚四氟乙烯和橡膠的材料特性，并獲取丁腈橡，為以后的有限元分析打下基礎。氟乙烯材料特性四氟乙烯的結(jié)構(gòu)和特性乙烯(PTFE，Polytetrafluoroethylene)是分子量極高、高結(jié)晶其分子構(gòu)形如圖 2-1 所示。PTFE 分子的主鏈由 C-C 鍵構(gòu)成氟原子取代，即形成了 C-F 鍵，此鍵的結(jié)合能很大。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文型，使用時根據(jù)實際情況選用其中之一。通常查不到超彈性材ey-Rivlin常數(shù)，因此必須通過材料的力學性能實測數(shù)據(jù)來確定這對超彈材料來說，需要形如單軸拉伸、單軸壓縮、平面剪切等多來充分定義其力學行為[48]。以下通過實驗方法獲得丁腈橡膠的軸壓縮和平面剪切三種力學行為的應力應變數(shù)據(jù)，為丁腈橡膠的擬合打下基礎。實驗參數(shù)測試及數(shù)據(jù)處理 單軸拉伸軸拉伸按照 GB/T 528-92《硫化橡膠和熱塑橡膠拉伸性能的測定驗獲得。實驗所用試樣見圖 2-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文如圖2-3所示，尺寸為：寬W=50mm、長L=80mm、厚S=2±0.2mm。圖 2-3 剪切試樣Fig.2-3 The shearing sample實驗溫度為 20℃和-40℃，實驗速率為 V=25mm/min，兩種溫度各取 5 個試件進行實驗。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在兩種溫度下的工程應力應變數(shù)據(jù)見表 2-5，表 2-6 所示。表 2-5 常溫 20℃平面剪切數(shù)據(jù)Table 2-5 Date of shear testing at 20℃序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10應力(MPa) 0 0.06 0.20 0.52 0.61 0.79 1.07 1.53 1.99 2.45應變 0 0.03 0.06 0.09 0.10 0.12 0.14 0.18 0.23 0.27序號 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20應力(MPa) 2.89 3.49 4.03 4.46 5.33 6.12 6.99 7.98 9.33 10.62應變 0.31 0.36 0.40 0.44 0.48 0.53 0.57 0.61 0.66 0.71表 2-6 低溫-40℃平面剪切數(shù)據(jù)Table 2-6 Date of shear testing at -40℃序號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10應力(MPa) 0 -0.53 -1.16 -1.83 -2.55 -3.46 -4.65 -6.02 -7.48 -8.95應變 0 -0.05 -0.12 -0.19 -0.25 -0.31 -0.37 -0.44 -0.50 -0.56序號 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20應力(MPa) -10.34 -11.68 -13.22 -14.95 -16.78 -18.67 -22.57 -22.27 -23.68 -24.63應變 -0.63 -0.69 -0.75 -0.81 -0.88 -0.94 -1.00 -1.06 -1.12 -1.182.3.4 實驗數(shù)據(jù)處理利用實驗獲得的橡膠材料的單軸拉伸、單軸壓縮和平面剪切數(shù)據(jù)，通過有限元軟件，擬合得到不同階次的Mooney-Rivlin常數(shù)。一般情況下

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本文編號：2808386