金属橡胶密封系统模型建立及仿真分析

摘要

金属橡胶材料密封技术的研究是金属橡胶技术研究领域的一个重要方向。由于金属橡胶密封件具有工作温度范围大、承载能力大、耐腐蚀、寿命长、不易老化、可靠性高、结构具有可设计等特点，所以在航空航天、国防等特殊领域中也具有其它密封件无法比拟的优良性能。本文以金属橡胶密封件在航空航天中的应用为背景，通过理论分析和实验研究，揭示了金属橡胶密封技术的密封机理，并对金属橡胶密封系统做了有限元仿真分析。
　　为了建立金属橡胶密封系统力学模型，论文研究中制作了不同相对密度的金属橡胶弹性元件，利用专用实验设备对试件进行了实验研究，并对实验结果进行了分析研究，得出了金属橡胶试样沿不同方向的弹性模量和泊松比，并对最大初始应变对金属橡胶材料力学性能的影响进行了深入的分析。
　　以实验研究为基础，依据由实验获得的金属橡胶材料力学性能参数，通过对金属橡胶密封系统的合理简化，建立了金属橡胶密封系统的接触模型，分析了金属橡胶密封时接触压力的分布状态，并对接触压力的分布做了简单的假设，进而推导出了最大接触应力的计算式；分析了有、无介质作用下的密封系统，研究了密封介质压力对密封性能的影响；在接触力学模型的基础上，研究了金属橡胶密封机理，得出了密封系统的泄漏率模型，为金属橡胶密封件的应用提供了理论基础。
　　对金属橡胶密封件进行了等效简化，建立了密封系统的三维模型，利用ANSYS有限元软件对三维模型进行了受力分析及有限元仿真，并对有限元仿真结果与理论计算结果进行了分析，得出密封件应力分布状态，证实密封模型中应力状态的假设；有限元计算结果与密封系统的接触力学模型进行对比，验证了接触力学模型的正确性。

目录

金属橡胶密封系统模型建立及仿真分析

METAL RUBBER SEALING SYSTEM MODEL ESTABLISHMENT AND SIMULATION ANALYSIS

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2密封概述

1.2.1密封发展史概述

1.2.2密封材料

1.2.3密封的分类

1.3 金属橡胶材料发展概述

1.3.1 金属橡胶技术国内外研究现状

1.3.2金属橡胶密封技术的应用

1.4 本课题主要研究内容

第2章 金属橡胶力学性能参数研究

2.1静态试验装置及试件

2.2金属橡胶材料力学性能的实验研究

2.2.1 初始变形对金属橡胶材料力学性能的影响

2.2.2 泊松比的研究

2.2.3 拉压弹性模量研究

2.3金属橡胶材料力学性能参数分析

2.3.1 泊松比分析

2.3.2 弹性模量分析

2.4 本章小结

第3章 金属橡胶密封系统模型的建立

3.1 包覆聚四氟乙烯金属橡胶密封环系统

3.1.1密封件结构的简化

3.1.2 机械密封结构

3.2 金属橡胶密封件力学模型的建立

3.2.1密封原理研究

3.2.2 密封圈基本假设

3.2.3 接触力学模型建立

3.3 泄漏率研究

3.4 金属橡胶密封系统的泄漏率

3.4.1 泄漏率的计算

3.4.2 密封系统不泄露条件

3.5 本章小结

第4章 金属橡胶密封件有限元仿真

4.1密封面间的接触问题

4.2 金属橡胶密封件ANSYS分析中的非线性

4.2.1材料非线性

4.2.2几何非线性

4.2.3接触非线性

4.3 ANSYS非线性分析能力

4.4金属橡胶密封件有限元模型的建立

4.4.1在建模过程中需要重视的几个问题

4.4.2建模中要做的两点假设

4.4.3设置单元类型和实常数

4.4.4 O型圈有限元模型的建立

4.4.5接触对的建立

4.5边界条件及加载方法

4.6 结果及分析

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致谢

个人简历