• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于有限元的O形橡膠密封圈裝配過(guò)程參數(shù)影響分析

      2018-01-24 15:06:43李記威曹軍偉王國(guó)銳張澤遠(yuǎn)
      航空兵器 2017年6期
      關(guān)鍵詞:裝配有限元

      李記威+曹軍偉+王國(guó)銳+張澤遠(yuǎn)

      摘 要: 利用有限元軟件對(duì)某固體發(fā)動(dòng)機(jī)O形橡膠密封圈裝配過(guò)程進(jìn)行仿真分析。 研究了裝配過(guò)程中密封圈材料參數(shù)、 密封圈與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體摩擦系數(shù)、 軸向裝配速度和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)密封圈剪應(yīng)力的影響。 結(jié)果表明, 材料參數(shù)、 摩擦系數(shù)以及裝配速度是影響密封圈最大剪應(yīng)力的主要因素。

      關(guān)鍵詞: 固體發(fā)動(dòng)機(jī); O形橡膠密封圈; 裝配; 有限元; 超彈性

      中圖分類(lèi)號(hào): V435 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1673-5048(2017)06-0072-05[SQ0]

      0 引 言

      空空導(dǎo)彈固體發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜[1], 發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中燃燒室承受高溫、 高壓燃?xì)猓?因此密封結(jié)構(gòu)的可靠性是發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。 燃燒室零件之間的密封一般采用O形橡膠密封圈, 密封圈能否可靠工作直接關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)任務(wù)成敗。 發(fā)動(dòng)機(jī)密封在設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)、 使用等環(huán)節(jié)均需要重點(diǎn)關(guān)注。 特別是在生產(chǎn)環(huán)節(jié)的裝配質(zhì)量, 是決定密封結(jié)構(gòu)是否可靠的關(guān)鍵一環(huán)。 但密封圈在裝配過(guò)程中難以觀(guān)察, 密封圈是否會(huì)發(fā)生剪切破壞不容易被發(fā)現(xiàn), 因此通過(guò)對(duì)裝配過(guò)程仿真, 從而在理論上獲得各參數(shù)對(duì)裝配的影響規(guī)律, 最大程度避免密封圈在生產(chǎn)過(guò)程中受剪切破壞。

      國(guó)內(nèi)針對(duì)O形橡膠密封圈的密封性能研究較多[2-14]。 陸婷婷等[2]對(duì)O形橡膠密封圈的截面直徑、 間隙張開(kāi)量、 間隙張開(kāi)時(shí)間、 壓縮率和壓力對(duì)密封圈密封性能的影響進(jìn)行了仿真分析。 閆平義等[9]設(shè)計(jì)了橡膠回彈性測(cè)試儀, 對(duì)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用氟橡膠圈密封材料回彈特性進(jìn)行了研究。 陳汝訓(xùn)[13]對(duì)提高密封結(jié)構(gòu)可靠性提出了有益的建議。

      國(guó)內(nèi)研究主要集中在密封圈使用過(guò)程, 對(duì)密封圈裝配過(guò)程研究較少。 本文對(duì)某型發(fā)動(dòng)機(jī)前封頭裝配過(guò)程進(jìn)行了有限元仿真, 對(duì)裝配過(guò)程影響密封圈受剪切的幾種因素進(jìn)行梳理和參數(shù)影響分析, 得到了主要影響參數(shù), 結(jié)論對(duì)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)具有一定的參考意義。

      1 仿真分析

      1.1 假設(shè)條件及模型參數(shù)

      發(fā)動(dòng)機(jī)密封圈裝配過(guò)程仿真模擬, 假設(shè):

      (1) 發(fā)動(dòng)機(jī)各金屬組成設(shè)為剛體;

      (2) 橡膠材料各向同性, 且近似不可壓縮;

      (3) 考慮幾何非線(xiàn)性效應(yīng);

      (4) 前封頭裝配過(guò)程與燃燒室筒體(以下簡(jiǎn)稱(chēng)筒體)完全對(duì)中。

      有限元軟件用應(yīng)變勢(shì)能來(lái)表達(dá)超彈性材料的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系, 有多種不同的應(yīng)變勢(shì)能模型。 此外, 有限元軟件可直接輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù), 包括:

      (1) 單軸拉伸和壓縮;

      (2) 等雙軸拉伸和壓縮;

      (3) 平面拉伸和壓縮;

      (4) 體積拉伸和壓縮。

      由于單軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)容易得到, 且應(yīng)用最為廣泛, 本文采用單軸拉伸試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

      發(fā)動(dòng)機(jī)前封頭與筒體密封結(jié)構(gòu)件如圖1~2所示。 圖1為裝配前結(jié)構(gòu)位置, 圖2為裝配后結(jié)構(gòu)位置。

      模型橡膠密封圈參數(shù)中, 泊松比取0.499 99, 單軸拉伸數(shù)據(jù)如圖3所示。 裝配速度0.5 mm/s, 不計(jì)密封圈與筒體和前封頭之間的摩擦。

      1.2 裝配過(guò)程分析

      裝配過(guò)程中, 密封圈在封頭密封槽里, 封頭沿軸向朝著筒體內(nèi)部方向平行推進(jìn), 進(jìn)入密封面倒角時(shí), 密封圈被壓縮變形, 當(dāng)密封圈完全進(jìn)入密封面后, 封頭繼續(xù)沿原方向移動(dòng), 直至達(dá)到安裝。

      密封圈進(jìn)入密封面的整個(gè)過(guò)程如圖4~7所示。 由圖可知, 密封圈通過(guò)筒體倒角時(shí), 首先與封頭的尖角a和筒體的尖角b接觸, 此時(shí)由于密封圈變形較小, 未產(chǎn)生較大剪應(yīng)力, 如圖4所示。 在通過(guò)筒體尖角c時(shí), 產(chǎn)生最大剪應(yīng)力, 此時(shí)密封圈容易受剪切破壞, 達(dá)到最大剪應(yīng)力, 如圖5~6所示。 當(dāng)密封圈全部進(jìn)入筒體密封面后, 密封圈剪應(yīng)力由外到內(nèi)層層均勻增大, 如圖7所示。

      2 參數(shù)影響分析

      密封圈裝配過(guò)程影響因素較多, 通過(guò)辨識(shí), 對(duì)O形橡膠密封圈材料參數(shù)、 結(jié)構(gòu)參數(shù)、 摩擦系數(shù)和裝配滑動(dòng)速度進(jìn)行參數(shù)化仿真分析, 得到了各參數(shù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)密封圈裝配過(guò)程影響程度結(jié)果。 為方便模型間對(duì)比分析, 所有計(jì)算結(jié)果均為密封圈上最大剪應(yīng)力位置點(diǎn)隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)。

      2.1 橡膠材料參數(shù)

      實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中, O形橡膠密封圈材料拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)均有不同程度差異。 表觀(guān)上, 橡膠材料拉伸數(shù)據(jù)中同樣應(yīng)變條件下應(yīng)力越大, 則材料硬度越高。 為研究拉伸曲線(xiàn)對(duì)密封圈裝配過(guò)程影響, 對(duì)三種材料應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)進(jìn)行了仿真對(duì)比, 應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)如圖8所示, 其他參數(shù)與1.1節(jié)相同。

      橡膠硬度與材料拉伸曲線(xiàn)具有相關(guān)性, 相對(duì)來(lái)說(shuō)橡膠材料A表現(xiàn)高硬度、 橡膠材料B中硬度、 橡膠材料C低硬度。

      圖9所示為三種材料的剪應(yīng)力-時(shí)間變化曲線(xiàn)。 從圖9可以看出, 材料A最大剪應(yīng)力高于材料B達(dá)2倍以上, 材料C也高于材料B, 因此材料力學(xué)性能曲線(xiàn)對(duì)裝配過(guò)程具有較大影響。 此外, 當(dāng)密封圈裝入密封面后, 殘余剪應(yīng)力也與材料力學(xué)曲線(xiàn)相關(guān)。 表現(xiàn)為材料A最大, 材料B最小, 材料C略大于材料B。 而殘余應(yīng)力對(duì)橡膠老化具有較大影響[13], 因此, 為避免裝配過(guò)程中過(guò)高剪應(yīng)力以及橡膠材料過(guò)快老化, 應(yīng)選擇應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)適中的橡膠。

      2.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)

      由圖4~5和圖9可知, 密封圈在筒體尖角c位置產(chǎn)生最大剪應(yīng)力, 因此對(duì)該尖角設(shè)計(jì)過(guò)渡圓弧并進(jìn)行仿真計(jì)算, 結(jié)果如圖10所示, 其他參數(shù)與1.1節(jié)相同。 由圖10可知, 過(guò)渡圓弧對(duì)降低剪應(yīng)力峰值有一定作用, 同時(shí), 尖角c加過(guò)渡圓弧后, 剪應(yīng)力上升更為平滑, 有利于密封圈滑入密封面, 建議尖角c增加過(guò)渡圓弧。

      2.3 摩擦系數(shù)

      密封圈裝配過(guò)程中有一定的滑動(dòng)距離, 特別在滑入密封面時(shí), 密封圈與筒體的摩擦可能對(duì)剪應(yīng)力最值產(chǎn)生影響。 因此, 對(duì)模型在不同摩擦系數(shù)下進(jìn)行了仿真分析, 其他參數(shù)與1.1節(jié)相同, 結(jié)果如圖11所示。 隨著摩擦系數(shù)的增大, 剪應(yīng)力極值出現(xiàn)在時(shí)間上逐漸后移, 且最大值隨著摩擦系數(shù)增大逐漸上升。 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是密封圈與筒體摩擦越嚴(yán)重, 越不利于密封圈滑入密封面, 最大剪應(yīng)力在時(shí)間上表現(xiàn)滯后。 此外, 隨著摩擦系數(shù)的增加, 最大剪應(yīng)力顯著上升, 表明摩擦系數(shù)是裝配過(guò)程的主要影響因素。

      為避免摩擦系數(shù)增加引起剪應(yīng)力上升, 在密封圈安裝前應(yīng)均勻涂抹潤(rùn)滑脂或采取其他潤(rùn)滑措施, 降低安裝過(guò)程剪切風(fēng)險(xiǎn)。

      2.4 裝配速度

      密封圈裝配速度是又一種影響剪應(yīng)力的參數(shù)。 對(duì)三種裝配速度進(jìn)行仿真分析, 其他參數(shù)與1.1節(jié)相同, 結(jié)果如圖12所示。 結(jié)果表明, 裝配速度越快, 密封圈到達(dá)尖角c時(shí)的最大剪應(yīng)力上升越快, 峰值越大, 且速度到達(dá)一定時(shí), 與尖角b接觸時(shí)剪應(yīng)力極值急劇上升, 量級(jí)接近與尖角c接觸時(shí)的剪應(yīng)力極值。 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是密封圈在裝配過(guò)程中需要擠壓變形, 當(dāng)擠壓過(guò)快時(shí), 密封圈來(lái)不及滑入密封面, 擠壓變形很大, 剪應(yīng)力快速上升, 這不利于對(duì)密封圈的保護(hù)。 因此, 密封圈擠入密封面時(shí), 應(yīng)盡量降低進(jìn)給量, 避免剪切密封圈。

      3 結(jié) 論

      (1) 在滿(mǎn)足密封需要的情況下, 密封圈硬度太高或太低對(duì)裝配均不利, 且橡膠材料參數(shù)是密封圈殘余剪應(yīng)力的決定性因素。

      (2) 筒體密封面的尖角c應(yīng)加工過(guò)渡圓弧, 該措施可降低密封圈最大剪應(yīng)力峰值, 且使剪應(yīng)力上升過(guò)程圓滑。 計(jì)算顯示, 圓弧越大, 最大剪應(yīng)力越小。

      (3) 密封圈和筒體的摩擦系數(shù)對(duì)裝配過(guò)程最大剪應(yīng)力影響較大, 安裝過(guò)程中應(yīng)在密封圈外部均勻涂抹潤(rùn)滑脂或采取其他潤(rùn)滑措施, 以降低密封圈剪切的風(fēng)險(xiǎn)。

      (4) 密封圈的軸向裝配速度對(duì)密封圈擠入密封面過(guò)程影響同樣較大, 速度越小, 剪應(yīng)力上升越慢, 速度越大, 剪應(yīng)力上升越快。 因此密封圈裝配時(shí), 應(yīng)盡量降低裝配速度。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 李記威, 房雷, 周建軍, 等. 某空空導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥掛飛振動(dòng)疲勞壽命分析[J]. 彈箭與制導(dǎo)學(xué)報(bào), 2016, 36(1): 89-92.

      Li Jiwei, Fang Lei, Zhou Jianjun, et al. Fatigue Life Analysis for a Solid Rocket Motor of Air-to-Air Missile under Hanging Flight Vibration[J]. Journal of Projectiles, Rockets, Missiles and Guidance, 2016, 36(1): 89-92.(in Chinese)

      [2] 陸婷婷, 王維民, 陳立芳.橡膠黏彈性對(duì)橡膠O形圈密封性能的影響[J]. 北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014, 41(6): 93-97.

      Lu Tingting, Wang Weimin, Chen Lifang. A Study of the Performance of an O-Ring Seal with Viscoelasticity[J]. Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science), 2014, 41(6): 93-97. (in Chinese)

      [3] 王江.橡膠密封圈在回彈過(guò)程中的密封性能分析[J]. 強(qiáng)度與環(huán)境, 2006, 33(3): 37-42.

      Wang Jiang. Hermeticity Analysis on the Bounce-Back Process of O Ring[J]. Structure & Environment Engineering, 2006, 33(3): 37-42. (in Chinese)

      [4] 魏列江, 韓小霞, 熊慶輝, 等. O形圈密封溝槽倒角半徑對(duì)密封性能的影響[J]. 液壓氣動(dòng)與密封, 2016, 36(3): 72-75.

      Wei Liejiang, Han Xiaoxia, Xiong Qinghui, et al. The Effect of O-Ring Seal Groove Fillet Radius on the Sealing Performance[J]. Hydraulics Pneumatics & Seals, 2016, 36(3): 72-75. (in Chinese)

      [5] 王偉, 趙樹(shù)高. 橡膠O形密封圈的非線(xiàn)性有限元分析[J]. 潤(rùn)滑與密封, 2005(4): 106-107.

      Wang Wei, Zhao Shugao. Nonlinear Finite Element Analysis of Rubber O-Sealing Ring[J]. Lubrication Engineering, 2005(4): 106-107. (in Chinese)

      [6] 秦亞軍.基于有限元O形橡膠圈密封性能分析[J]. 液壓氣動(dòng)與密封, 2014, 34(8): 31-33.

      Qin Yajun. Sealing Performance Analysis of O-Ring Based on Finite Element Analysis[J]. Hydraulics Pneumatics & Seals, 2014, 34(8): 31-33. (in Chinese)

      [7] 王朝輝, 何康康. O形橡膠密封圈的非線(xiàn)性有限元分析[J]. 航天制造技術(shù), 2016(2): 4-8.

      Wang Zhaohui, He Kangkang. Nonlinear Finite Element Analysis of Rubber O-Sealing Ring[J]. Aerospace Manufacturing Technology, 2016(2): 4-8. (in Chinese)

      [8] 楊春明, 謝禹鈞. 基于A(yíng)nsys的橡膠O形密封圈的密封性能有限元分析[J]. 彈性體, 2010, 20(3): 49-52.

      Yang Chunming , Xie Yujun. Ansys Analysis of the Sealing Performance of Rubber O-Sealing Ring[J]. China Elastomerics, 2010, 20(3): 49-52. (in Chinese)

      [9] 閆平義, 蘇勝良. 固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)密封材料(F108)回彈特性研究[J]. 宇航材料工藝, 2001, 31(6): 20-22.

      Yan Pingyi, Su Shengliang. Study of Resilience Characteristics of SRM Sealing Material[J]. Aerospace Materials & Technology, 2001, 31(6): 20-22. (in Chinese)

      [10] 陸婷婷, 王維民. 橡膠O形密封圈研究發(fā)展綜述[J]. 液壓氣動(dòng)與密封, 2014, 34(10): 6-10.

      Lu Tingting, Wang Weimin. Development Review of O-Ring with Rubber Material[J]. Hydraulics Pneumatics & Seals, 2014, 34(10): 6-10. (in Chinese)

      [11] 任全彬, 蔡體敏, 安春利, 等.硅橡膠“O”形密封圈Mooney-Rivlin模型常數(shù)的確定[J]. 固體火箭技術(shù), 2006, 29(2): 130-134.

      Ren Quanbin, Cai Timin, An Chunli, et al. Determination on Mooney-Rivlin Model Constants of Silicon Rubber “O”-Ring[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2006, 29(2): 130-134. (in Chinese)

      [12] 穆志韜, 邢耀國(guó). 固體發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)密封特性分析[J]. 潤(rùn)滑與密封, 2004(2): 33-35.

      Mu Zhitao, Xing Yaoguo. Analysis of the Sealing Structure Characteristics for Solid Engine[J]. Lubrication Engineering, 2004(2): 33-35. (in Chinese)

      [13] 陳汝訓(xùn). 固體發(fā)動(dòng)機(jī)的密封問(wèn)題[J]. 強(qiáng)度與環(huán)境, 1995(4): 1-5.

      Chen Ruxun. Sealing for Solid Rocket Motor[J]. Structure & Environment Engineering, 1995(4): 1-5. (in Chinese)

      [14] 任全彬, 陳汝訓(xùn), 楊衛(wèi)國(guó). 橡膠O形密封圈的變形與應(yīng)力分析[J]. 航空動(dòng)力學(xué)報(bào), 1995, 10(3): 241-244.

      Ren Quanbin, Chen Ruxun, Yang Weiguo. Deformation and Stress Analysis of Rubber O Ring[J]. Journal of Aerospace Power, 1995, 10(3): 241-244. (in Chinese)

      Parameter Analysis of Assembling Rubber O Ring Based on Finite Element

      Li Jiwei, Cao Junwei, Wang Guorui, Zhang Zeyuan

      (China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

      Abstract: The assembling rubber O ring of a solid motor is simulated by using finite element software. The influence of the rubber material parameter, the friction coefficient between O ring and motor case, the axial velocity of assembling and the configuration parameter on the shear stress of the O ring are studied. As a result, the main factor on the maximum shear stress of the O ring is rubber material parameter, friction coefficient and the axial velocity of assembling.

      Key words: solid motor; rubber O ring; assembling; finite element; hyper-elasticity

      猜你喜歡
      裝配有限元
      新型有機(jī)玻璃在站臺(tái)門(mén)的應(yīng)用及有限元分析
      基于有限元的深孔鏜削仿真及分析
      基于有限元模型對(duì)踝模擬扭傷機(jī)制的探討
      智能裝配生產(chǎn)工序研究
      淺談機(jī)械裝配過(guò)程中的自動(dòng)化
      談農(nóng)業(yè)機(jī)械零部件的裝配
      凝結(jié)水泵無(wú)法盤(pán)車(chē)故障分析與處理
      科技視界(2016年21期)2016-10-17 20:32:20
      電子裝配技能操作中的技巧運(yùn)用
      考試周刊(2016年76期)2016-10-09 10:16:01
      過(guò)山車(chē)中心軸裝配新方案
      科技視界(2016年20期)2016-09-29 11:43:59
      磨削淬硬殘余應(yīng)力的有限元分析
      宁德市| 奉贤区| 石景山区| 石城县| 安福县| 衡山县| 祁连县| 大埔区| 九江市| 明溪县| 通许县| 双峰县| 泸州市| 汉川市| 陆河县| 万宁市| 宜宾市| 远安县| 通山县| 湖口县| 荔波县| 张家界市| 曲阜市| 张家港市| 富锦市| 静乐县| 河北省| 通山县| 隆林| 永川市| 胶南市| 西盟| 田林县| 师宗县| 乳源| 疏勒县| 中江县| 安龙县| 静宁县| 武穴市| 吴忠市|