發(fā)布時(shí)間：2021-03-03 21:54

　　海底管道連接器中金屬密封環(huán)需具備良好的回彈特性并提供穩(wěn)定可靠的接觸載荷,才能保證有效密封。而對于復(fù)雜的非線性結(jié)構(gòu),因不能預(yù)知密封環(huán)預(yù)緊安裝后的形變,針對其進(jìn)行理論計(jì)算難度大且易產(chǎn)生誤差。為研究連接器中金屬密封環(huán)的接觸性能和回彈性能,借助有限元軟件Abaqus建立連接器中密封結(jié)構(gòu)的二維軸對稱模型,分析初始壓縮率對不同徑厚比密封環(huán)密封性能的影響。以密封環(huán)應(yīng)力狀態(tài)、壓縮回彈量、接觸應(yīng)力依次表征其損傷情況、回彈特性及密封可靠性,并結(jié)合三者與初始壓縮率的關(guān)系,確定預(yù)緊安裝過程中壓縮率的可行性區(qū)間。結(jié)果表明:密封環(huán)損傷易發(fā)生于密封環(huán)橢圓截面長半軸端點(diǎn)兩側(cè);隨著初始壓縮率增大,壓縮回彈量先增大后減小,薄壁密封環(huán)的回彈性能優(yōu)于同外徑的厚壁密封環(huán);薄壁密封環(huán)對應(yīng)初始壓縮率的可行性區(qū)間遠(yuǎn)大于同外徑的厚壁密封環(huán),證明薄壁密封環(huán)密封性能優(yōu)于厚壁密封環(huán)。該結(jié)論為密封環(huán)選型及預(yù)緊安裝提供了相關(guān)依據(jù)。 

【文章來源】：潤滑與密封. 2020,45(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

密封環(huán)受壓過程

海底管道連接器的結(jié)構(gòu)剖視圖如圖2所示,線框范圍內(nèi)為密封分析的主要部位。該連接器中兩密封環(huán)尺寸相同,密封環(huán)之間有可移動(dòng)的滑塊。在預(yù)緊安裝過程中,內(nèi)法蘭固定,擰緊螺栓使外法蘭向內(nèi)法蘭靠近,從而擠壓密封環(huán)迫使其變形,當(dāng)密封環(huán)變形量超過管道與連接器之間的初始間隙而接觸管道時(shí)實(shí)現(xiàn)密封。因安裝誤差,初始間隙是必然存在的,文中設(shè)置初始間隙為1 mm。密封環(huán)材料為304不銹鋼,其材料參數(shù)如表1所示。

連接器密封結(jié)構(gòu)的幾何形狀、載荷及邊界條件都是對稱的,故將其簡化為二維軸對稱模型,對稱軸為連接器中軸線。密封環(huán)的有限元分析涉及幾何非線性、材料非線性及接觸非線性。有限元模型中,以連接器軸線方向?yàn)閤軸,連接器徑向?yàn)閥軸,選取密封環(huán)、管道、法蘭及滑塊為研究對象,其中管道、法蘭及滑塊的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于密封環(huán),故將其定義為剛體,將兩密封環(huán)定義為變形體,依次定義兩密封環(huán)環(huán)向密封面為1～8,如圖3所示。密封環(huán)受壓變形為網(wǎng)格扭曲的大變形問題,應(yīng)采用細(xì)網(wǎng)格剖分的線性減縮積分單元,故網(wǎng)格劃分中采用4節(jié)點(diǎn)雙線性軸對稱四邊形單元CAX4R,計(jì)算中打開大變形,剛體構(gòu)件不需劃分網(wǎng)格。簡化成有限元模型如圖3所示。將已經(jīng)接觸或在分析中可能接觸的表面定義為密封面,以剛體構(gòu)件表面為主面,兩密封環(huán)表面為從面,兩密封環(huán)分別與管道、法蘭、滑塊之間建立接觸,摩擦因數(shù)設(shè)置為0.15。對于剛體構(gòu)件,在其耦合點(diǎn)上施加約束,約束管道與內(nèi)法蘭各方向的位移及轉(zhuǎn)動(dòng),約束外法蘭在y軸方向的位移及轉(zhuǎn)動(dòng),在x軸方向施加位移載荷,模擬螺栓的擰緊過程與卸載過程,滑塊設(shè)置慣性量,不設(shè)置其他約束。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[4]卡壓式機(jī)械連接器密封性能及安裝技術(shù)研究[D]. 付創(chuàng)業(yè).哈爾濱工程大學(xué) 2013



本文編號：3061995