金屬墊片密封模型及應(yīng)用研究.pdf

1、南京工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文金屬墊片密封模型及應(yīng)用研究姓名：馮秀申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：化工過程機械指導(dǎo)教師：顧伯勤20060601摘要 II度分布函數(shù)。 依據(jù)不可壓縮流體的層流流動理論及分形幾何理論建立金屬墊片密封模型。研究表明，泄漏率隨分形維數(shù)、壓緊應(yīng)力增大而減小，隨尺度系數(shù)、非接觸面積增大而增加。 對常溫下金屬平墊片的密封性能進行了試驗研究， 研究了壓緊應(yīng)力、 介質(zhì)壓力和表面形貌對密封性能的影響。試驗表明，泄漏率隨分形維數(shù)、壓緊應(yīng)力和

2、尺度系數(shù)的變化規(guī)律與理論模型的描述基本一致， 泄漏率的理論計算值與試驗結(jié)果吻合較好，表明建立的金屬墊片密封模型是合理的。 利用有限元軟件 ANSYS 對不同螺栓載荷下的墊片接觸應(yīng)力分布進行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明，墊片接觸應(yīng)力徑向分布是非常不均勻的，墊片外側(cè)接觸應(yīng)力比其內(nèi)側(cè)大得多。墊片接觸應(yīng)力徑向分布除受螺栓載荷和介質(zhì)壓力影響外，還與法蘭剛度和墊片幾何尺寸有關(guān)。 在 Warters 法的基礎(chǔ)上， 考慮了操作壓力的影響， 對法蘭變形進行理論分

3、析，推導(dǎo)了法蘭偏轉(zhuǎn)角的計算公式。 根據(jù)法蘭偏轉(zhuǎn)角和金屬墊片力學(xué)性能， 提出了金屬墊片接觸應(yīng)力分布的解析算法。 解析計算得到的平均應(yīng)力與數(shù)值模擬結(jié)果較為接近， 但墊片外緣的最大應(yīng)力小于數(shù)值模擬值， 金屬墊片接觸應(yīng)力的解析計算方法可作為一種保守的工程算法，可用于真實螺栓法蘭金屬墊片連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計。在金屬墊片密封模型基礎(chǔ)上， 考慮墊片接觸應(yīng)力分布不均勻?qū)π孤┩ǖ赖挠绊懀?推導(dǎo)了變截面泄漏通道的泄漏率計算公式， 此公式將泄漏率、 墊片接觸應(yīng)力、

4、介質(zhì)壓力和密封表面分形參數(shù)聯(lián)系在一起， 因而使以最大允許泄漏率為準則的金屬墊片密封連接設(shè)計以及緊密性評價成為可能。 在變截面泄漏通道的泄漏率計算公式、 接觸應(yīng)力分布的解析算法以及連接結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)分析的基礎(chǔ)上， 建立了連接系統(tǒng)的緊密性分析方法。 以最大允許泄漏率為設(shè)計準則的設(shè)計方法與以強度為設(shè)計準則的規(guī)范設(shè)計方法相結(jié)合， 有可能發(fā)展成為一種新的密封連接設(shè)計方法。 關(guān)鍵詞 關(guān)鍵詞 金屬墊片 分形理論 表面形貌 密封模型 接觸應(yīng)力