常溫低溫組合密封結(jié)構(gòu)的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、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(jìn)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

2、料特性，由于橡膠的力學(xué)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(yīng)力應(yīng)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(fù)工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬研究，獲得了應(yīng)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。

3、r>　　利用流體動力學(xué)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(dǎo)。
　　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(jìn)行了有限元數(shù)值模擬研究，找出了工作壓力、預(yù)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(chǔ)上對此密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最優(yōu)解。