【摘要】： 金屬密封環(huán)是廣泛應(yīng)用于壓力容器的關(guān)鍵部件，其密封性能與壓力容器的安全可靠性緊密相聯(lián)。在反應(yīng)堆壓力容器中常采用Inconel718合金制造“O”形密封環(huán)和“C”形環(huán)，而對(duì)于一般工業(yè)壓力容器，常用工程金屬也可用作為密封環(huán)備選材料，因此對(duì)金屬“O”形環(huán)密封環(huán)的力學(xué)行為和回彈特性進(jìn)行系統(tǒng)研究有工程意義。 本文基于ANSYS和MSC.MARC軟件彈塑性接觸分析功能，對(duì)Inconel718合金“O”形環(huán)和“C”形環(huán)進(jìn)行了密封特性的有限元分析，揭示出凹槽約束會(huì)引起“O”形環(huán)回彈性能顯著降低和材料高應(yīng)力區(qū)的擴(kuò)大，指出了壓縮比的合適范圍為8％～12％，分析了彈簧剛度對(duì)“C”形環(huán)、溫度對(duì)“O”形環(huán)在分布接觸載荷、回彈量及應(yīng)力響應(yīng)等密封性能的影響效應(yīng)。 對(duì)304不銹鋼、2A12鋁合金、42CrMo、60Si2MnA和Inconel718材料、不同截面幾何尺寸的“O”形環(huán)進(jìn)行了多級(jí)壓扁-回彈試驗(yàn)，分析比較了管試樣內(nèi)外徑、壓縮比、材料單軸力學(xué)性能對(duì)“O”形環(huán)密封性能的影響。 應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)“O”形環(huán)回彈量進(jìn)行海量計(jì)算，獲得豐富的回彈量數(shù)據(jù)庫�；诹烤V分析原理提出了構(gòu)建“O”形環(huán)回彈量預(yù)測(cè)模型的一套無量綱分析方法；分析結(jié)果表明，當(dāng)壓縮比λ在4％至20％之間肘，壓縮比λ與回彈比r之間以及幾何構(gòu)形參量γ與回彈比r之間符合線性律，進(jìn)而提出了用于預(yù)測(cè)金屬工程材料回彈量的TSM模型、TSM-α-Ⅰ模型和TSM-α-Ⅱ模型，三類模型均有較高的預(yù)測(cè)精度，其中TSM-α-Ⅰ為重點(diǎn)推薦模型。這些模型的參數(shù)可根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系應(yīng)用有限元方法確定，也可以根據(jù)“O”形環(huán)壓扁試驗(yàn)確定�；谟邢拊Ａ坑�(jì)算結(jié)果，提出了用于預(yù)測(cè)廣泛金屬材料和各種構(gòu)型“O”形環(huán)回彈量的STSM、STSM-α和CTSM模型，STSM和CTSM模型均有較好的預(yù)測(cè)精度；采用VB軟件編寫了集成STSM模型的回彈量預(yù)測(cè)工程應(yīng)用軟件，可滿足任意材料的一般預(yù)測(cè)需要。 設(shè)計(jì)、優(yōu)化和制作的高溫疲勞試驗(yàn)專用夾具奠定了管材高溫疲勞試驗(yàn)技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)用于核反應(yīng)堆燃料棒的N18合金包殼管，其循環(huán)與疲勞可靠性備受關(guān)注，本文根據(jù)所發(fā)展的高溫試驗(yàn)技術(shù)，完成了N18合金包殼小管循環(huán)與疲勞行為的高溫試驗(yàn)研究，相關(guān)研究在國內(nèi)未見報(bào)道，在國外也未查到。 開展了N18合金小管在20℃、200℃、300℃和400℃下單調(diào)拉伸與循環(huán)本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)，獲得了各溫度下N18合金小管的單軸本構(gòu)模型和循環(huán)本構(gòu)模型，提出了應(yīng)力比λ_σ與應(yīng)變幅△ε／2關(guān)系符合冪律、其系數(shù)和指數(shù)隨溫度的變化呈線性律的λ_σ～△ε／2關(guān)系模型；揭示出N18合金在20℃下表現(xiàn)為循環(huán)軟化、在400℃下表現(xiàn)為隨軸向應(yīng)變幅增大材料的循環(huán)行為由硬化過渡到軟化特性，在20℃、200℃、300℃、400℃下N18合金小管試樣循環(huán)特性不符合Mason律。 基于N18小管的循環(huán)本構(gòu)關(guān)系以及等幅疲勞加載下的半壽命循環(huán)本構(gòu)關(guān)系，給出了用于預(yù)測(cè)N18合金在400℃高溫下疲勞壽命的GB-半壽命和GB-MSC壽命估算模型、M-C模型，三類壽命估算模型用于N18合金疲勞壽命預(yù)測(cè)均有較高精度；N18合金的疲勞壽命溫度影響因子與塑性應(yīng)變幅之間的關(guān)系符合冪律，，基于這一特性，提出了用于高溫疲勞壽命預(yù)測(cè)的溫度效應(yīng)模型。
【圖文】：

一一一一一一一亙壑越達(dá)學(xué)碩全研容豐鐘途齊_…曰._第羊.耍圖3一10示出了“O”形環(huán)回彈量隨壓縮比變化的分布情況。隨著壓縮比增加，回彈量呈近似線性增加。兩類軟件計(jì)算所得回彈量數(shù)據(jù)點(diǎn)基本重合，最大誤差約為2%。兩類軟件計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的一致性表明，MSC.MARC軟件和ANSYS軟件用于分析“O”形環(huán)壓縮比一分布載荷關(guān)系曲線及回彈量其結(jié)果都有相近的精度，因此分析“O”形環(huán)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形特性可根據(jù)需要任意選用MSC.MARC軟件和ANSYS軟件。因MSC.MARC軟件設(shè)置接觸體較為方便，故本章后文的分析中采用MSC.MARC軟件;而ANSYS軟件提供了方便的參數(shù)化分析功能(APDL)，故第四章及第五章將會(huì)采用ANSYS軟件來進(jìn)行分析。600—0.6—刁·，j}一ANSYSI」{---一MARC、匕藝匕0.4口:�！囈� XANSYS DMARC三三\之\﨎氣擔(dān)蒸件李叭圖3一910%20%30%40%50%壓縮比兄壓縮比~分布載荷曲線0一0%10%20%30%409壓縮比元圖3一10回彈量與壓縮比關(guān)系 3.3“O”形環(huán)的密封性能與變形特性在反應(yīng)堆中

為了研究影響密封性能的接觸壓力分布情況，在“O”形環(huán)截面與上法蘭接觸的外表面上定義了“一45“一45“”的接觸壓力提取路徑，如圖3一16所示。圖中O“線為通過“0”形環(huán)截面圓心并與法蘭面垂直的中軸線，O。線的方向指向上法蘭;一45。線為O“線繞“O”形環(huán)截面圓心往順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)45“后的線;45“線為O。線繞“O”形環(huán)截面圓心往逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)45。后的線。250一250一一司卜只=8%一查兄=8%T=20℃T=300℃nU

本文編號(hào)：2708689