复合材料密封环局部高温热带生成的有限元建模与影响因素

摘要

结合密封环的工作特点和结构形式,提出密封环在接触过程中局部高温热带生成的模拟方法。基于伽辽金有限元算法,构建密封系统的热传导、热流密度、温度场扰动等非均匀特性的物理模型,及其各物理场之间的耦合关系,将密封环局部高温热带的热不稳定问题转化为矩阵行列式,并进行求解,可以获得在不同的摩擦条件下,发生局部高温热带的临界速度值。同时,模拟计算获得了临界速度与摩擦因数、弹性模量、导热系数、热膨胀系数和密封环尺寸的关系曲线。除导热系数外,其余几个因素对生成高温热带的临界速度影响较大。利用密封系统试验台进行结果分析和模型验证,在高温热带的临界速度方面,试验结果与模拟计算保持一致。通过扫描电子显微镜进行密封表面形貌分析,在试验速度高于临界速度的条件下进行试验后,密封表面出现明显的带状磨痕,与高温热带特征有较高的吻合度,表明有限元离散模型在密封热不稳定研究方面的适用性。