刀口式法兰平面密封结构的稳健设计

摘要

密封是现代工程技术中的一个重要领域，密封结构的有效性很大程度上决定了整个系统的安全性与可靠性，寻求经济、有效的密封装置已成为密封领域设计师的主要课题。刀口式法兰平面密封结构（简称刀口密封结构）具有构造简单、高密封度等特点，常用于对介质密封性要求较高的金属类包装容器中。本文以某危险品包装容器刀口密封结构为研究对象，利用有限元模拟进行数值试验，结合稳健优化设计方法，对该密封结构进行了稳健设计，得到了较为合理的设计参数组合。
　　首先，通过对金属平垫密封条件的分析，建立了数值模拟中所使用的有效密封判据，有效密封面宽与最大接触压力构成评价不同密封结构密封性能优劣的重要标准。
　　其次，开展单因素作用下密封结构的数值模拟分析，获得了刀口密封结构主要设计参数与密封性能评价指标的关系曲线，确定了主要设计参数的取值范围。在此基础上，设计均匀数值试验，建立以有效密封面宽和最大接触压力为响应的关于各主要设计参数的二阶响应面模型，并利用遗传算法对模型进行单目标、多目标寻优，得到优化的设计参数组合。
　　最后，考虑由外界条件干扰而引起的设计参数不确定性扰动，在优化模型中添加表征目标函数稳健性的灵敏度附加项，并对约束条件进行稳健可行性调整，将优化模型转换为稳健优化模型。通过求解，得到了较稳健的设计参数组合，为某危险品包装容器密封结构设计参数的确定提供了参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 垫片密封技术的研究概况

1．3 稳健设计概述

1．4 本文研究的主要工作

第二章 金属平垫密封机理与条件

2．1 垫片密封结构的泄漏方式

2．2 垫片的密封机理

2．3 密封过程中的微观变形过程

2．4 泄漏的主要影响因素

2．5 密封条件

2．6 本章小结

第三章 有限元建模与计算

3．1 刀口式法兰平面密封结构及工作原理

3．2 有限元模型

3．3 有限元计算初始条件

3．4 计算准则与密封性能指标

3．5 仿真结果

3．6 后处理及数据分析

3．7 本章小结

第四章 密封副结构的稳健设计

4．1 均匀设计及均匀设计表

4．2 响应面模型

4．3 响应面模型的优化

4．4 刀口密封结构的二阶响应面模型

4．5 二阶响应面模型的优化

4．6 优化结果对比

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 论文工作总结

5．2 研究工作的进步点

5．3 工作展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文以及参加的科研工作

致谢