动密封系统密封性能分析

摘要

随着我国海洋战略的提出,水下航行设备在工业、渔业、农业、旅游业、国防、军事等多个领域将得到广泛应用。水下动密封能否起到密封效果是水下航行设备正常工作的先决条件。密封技术越来越受到各国研究人员的高度重视,对水下航行设备的可靠性具有重要意义。
　　本文首先介绍了目前国内外动密封结构在动密封工作状态下的研究现状,利用大型分析软件ABAQUS在考虑橡胶材料具有复杂的非线性和在温度场与结构场耦合的复合场条件下,根据工程尺寸和材料参数建立密封套、O形密封圈和内轴的三维、可变形、实体有限元模型。
　　首先,针对实际工况模拟了在定速变压的情况下,分析了动密封结构的Mises应力、接触压力、剪切应力和升温幅度的影响。得出水压的升高对动密封结构的性能影响非常显著,O形密封圈的各项性能参数都随着水压的升高而逐步升高,并且O形密封圈在水压实施的各个阶段都能实现密封效果。
　　其次,在定压变速的工况下,分析了动密封结构的性能变化。转速变化对O形密封圈的Mises应力、接触压力、剪切应力影响较小;对内轴的Mises应力扰动较大且变化复杂;对内轴和O形密封圈的升温幅度影响明显,升温幅度随着转速的加快而升高。
　　最后,通过分析动密封结构的密封性能,预测了密封圈的接触区域的磨损规律,并对O形密封圈进行了磨损寿命实验,实验结果与预测的磨损规律一致;对磨损失效后的O形密封圈样本进行了测量,通过对测量数据进行分析整理建立磨损后的有限元模型,通过对磨损后的O形密封圈性能分析证明O形密封圈密封性能失效。
　　本文对动密封系统的有限元分析,为动密封结构的设计、优化、寿命预测、可靠性分析提供了理论支持。为动密封结构及新型密封材料的产品研发,提供了重要的参考价值。

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第1章 绪论

1.1 论文的选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 橡胶密封的有限元分析理论

2.1 有限元分析理论

2.2 橡胶材料特性

2.3 橡胶超弹性模型本构关系的基本理论

2.4 本章小结

第3章 动密封结构的热-机耦合分析原理

3.1 橡胶密封圈

3.2 动密封结构的密封原理

3.3 O形密封圈压缩率

3.4 动密封结构的失效准则和判定依据

3.5 水下环境的压力

3.6 橡胶超弹性材料的本构模型

3.7 热-机耦合分析

3.8 本章小结

第4章 定速变压对动密封结构的影响

4.1 有限元分析模型

4.2 水压对动密封结构的影响

4.2 本章小结

第5章 定压变速对动密封结构的影响

5.1 转速对动密封结构的密封性能的影响

5.2 本章小结

第6章 动密封系统实验与仿真验证

6.1 实验设备

6.2 实验原理

6.3 磨损预测

6.4 实验数据分析

6.5 仿真验证

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢