不同溫度下主軸復(fù)合密封結(jié)構(gòu)靜動態(tài)數(shù)值模擬研究

發(fā)布時間：2019-07-20 11:45

【摘要】：航天器中密封結(jié)構(gòu)形式多樣，且多工作于苛刻環(huán)境、用于關(guān)鍵部位，其密封性能直接影響航天器的發(fā)射和運(yùn)轉(zhuǎn)。本文對某型號航天器中兩種運(yùn)動形式的主軸（往復(fù)軸、旋轉(zhuǎn)軸）橡塑復(fù)合密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬，分別研究其常溫20℃、低溫-40℃和高溫120℃三種溫度下，復(fù)合密封件安裝、壓力下軸靜態(tài)、壓力下軸動態(tài)時的密封性能。兩種復(fù)合密封件均由橡膠材料輔助密封件和填充聚四氟乙烯材料主密封件組成。對不同溫度下各種工況進(jìn)行數(shù)值模擬研究，可以全面掌握兩種結(jié)構(gòu)的密封性能，預(yù)測易損部位，提高密封可靠性。本文首先分析了流體靜、動態(tài)密封原理，介紹了聚四氟乙烯和橡膠材料的性能特點(diǎn)。由于橡膠材料的特殊性，其力學(xué)特性不能簡單用彈性模量和泊松比來表征，故本文對其本構(gòu)模型及試驗建立方法進(jìn)行了討論，同時在不同溫度下進(jìn)行力學(xué)性能試驗獲取材料應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，，利用MARC軟件擬合得到不同溫度下橡膠材料的本構(gòu)方程。分別建立了往復(fù)軸和旋轉(zhuǎn)軸復(fù)合密封結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)下的非線性有限元模型，對該兩種復(fù)合密封件在不同溫度下的靜、動態(tài)密封性能進(jìn)行數(shù)值模擬研究，在獲得各自的位移、變形、應(yīng)力場分布的基礎(chǔ)上，分別全面探究了溫度變化和軸運(yùn)動對兩種結(jié)構(gòu)靜、動態(tài)工作性能的影響及規(guī)律，確定了系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)。并對往復(fù)軸復(fù)合密封件常溫安裝下的接觸應(yīng)力進(jìn)行了實驗驗證。分別分析了兩種復(fù)合密封結(jié)構(gòu)決定動密封性能的關(guān)鍵因素；并通過逆解雷諾方程，獲得了往復(fù)軸復(fù)合密封結(jié)構(gòu)中動密封區(qū)上決定泄漏量的關(guān)鍵點(diǎn)上油膜厚度，從理論上計算了泄漏量。最后，分別模擬研究了工況條件(如工作介質(zhì)壓力P和預(yù)壓縮率W)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對兩種復(fù)合密封結(jié)構(gòu)密封性能的影響，找到了工況條件P、W，結(jié)構(gòu)參數(shù)如L環(huán)唇口厚度、圓角半徑等，方環(huán)總寬、環(huán)下部中間寬度等，對各自靜、動態(tài)密封性能的主要影響及影響規(guī)律，并分別給出了適用于本文工況的綜合密封性能較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)推薦參考值，為此類復(fù)合密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了參考依據(jù)和借鑒。
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