基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析

建立了双道O型圈密封的轴对称模型,采用施加轴向位移的方式模拟O型圈的预装过程,利用Abaqus的压力渗透加载方式动态地寻找密封面的临界点。仿真模拟了O型圈的预装过程、介质加压过程和往复运动过程,研究了介质压力、往复运动速率对O型圈密封性能的影响。结果表明,在预装过程开始的很短时间内,Mises应力便出现峰值,然后回落,随着介质压力的增大,O型圈内Mises应力、接触应力、接触宽度和动摩擦力都会相应增大,双道O型圈在静密封和动密封中均能保持很好的密封性能。     

橡胶"O"形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。     

用于真空低温环境的热像仪设备舱方案设计和分析

为实现热像仪在真空低温环境下对目标红外辐射的测量,设计了热像仪设备舱。该舱主要包括机械结构与电气系统,可为热像仪提供温度可控、压力基本恒定的环境。其中,机械结构实现热像仪的结构支撑和密封,电气系统实现舱内的温度控制以及压力监测。文章运用有限元软件仿真分析了温度控制系统可实现的控温范围,并用试验方法验证了仿真分析方法的可靠性;还对设备舱的压力变化及密封圈所需的预紧力进行了估算。分析表明该设备舱能够为热像仪在真空低温环境下提供正常的工作条件。     

软金属密封结构密封性能数值仿真研究

针对液氧煤油发动机管路中广泛应用的软金属密封结构,采用单边接触模型和材料弹塑性模型相结合的方法,通过有限元软件Nastran隐式非线性模块对其进行数值仿真。得到并分析了结构应力、位移及接触应力等相关参数。结果表明,软金属密封结构在45 MPa内压下,结构强度满足使用要求,密封面接触应力大于300 MPa,密封安全系数大于1.67。     

基于真空自位密封的KM6水平舱舱门系统研制

KM6水平舱舱门是为“人-船-服”热真空联合试验的任务要求而定的,是KM6水平舱人员进出舱内的重要通道。在KM6水平舱各舱体上设置相应的气压平衡装置,以使方形舱门能在真空条件下转动或平动开闭。舱门为方形转动或平动舱门,门轴装置采用双轴铰链机构,开启灵活,联动锁紧机构可靠,使得舱门法兰结构形成可靠的真空自位密封。结果表明:该舱门系统经受了KM6水平舱联合调试和“SZ-6神舟六号”飞船轨道舱泄复压试验的考验,各项技术指标均满足要求,实现了真空条件下的快速开启和有效的自位密封,达到了研制目的。     

航天器气闸舱方形货舱门与门框结构一体化设计

针对航天器气闸舱货舱门与大开口门框面临的相对滑移量大及结构强度差问题,提出了门框刚度补强及增加限位装置的设计方法。通过分析舱门与舱体的相对变形及应力水平,验证了设计方法的有效性。结果表明:门框增加纵向梁刚度补强可有效降低结构的应力水平及相对滑移量;增加舱门与门框之间的限位装置,可进一步有效降低相对变形;限位装置的限位量越大,舱门与舱体的相对变形及应力水平越小,但限位装置的应力越大。舱门与舱体的一体化设计可有效提高舱门的密封性能及结构的安全性,可为我国空间站气闸舱的构型选型及参数设计提供参考。     

卫星推进系统管路装配技术研究

球头联接件作为卫星推进系统管路装配中的重要零件之一,关系到整个卫星在轨运行能否高可靠及长寿命。针对卫星推进系统管路球头结构联接形式的具体特点,文章通过球头螺纹力学分析,计算了球头结构的最大及最小拧紧力矩值。并采用接触非线性有限元方法对球头结构进行了建模分析,分别得出了在最大及最小载荷工况下球头螺栓的等效应力分布和接触应力的大小,得出了不同力矩和密封宽度、接触面积以及平均接触应力的对应关系,确定球头安装的理论合理力矩值范围。     

铝垫片的力学性能及对典型连接结构应力分布的影响

铝垫片-榫槽结构是液体火箭发动机常用的管路连接形式,其长期贮存密封性能对发动机的可靠性起着重要作用。该结构的密封性能取决于密封区的应力分布,从铝垫片这一连接结构中的主要密封元件着手,研究其力学特性及其对密封区应力分布的影响。首先,开展L4铝垫片材料的力学性能试验,建立了L4铝材料的本构关系;其次,开展常温及200℃下L4铝材料的蠕变试验,建立铝垫片的时间硬化型蠕变模型;最后,使用Abaqus有限元软件分析5~25 N·m预紧力矩下垫片的应力分布规律,以及垫片密封面接触压力随时间变化关系。计算结果表明,垫片的应力分布与装配预紧力矩紧密相关;材料的蠕变特性会导致垫片密封面接触压力随时间松弛,是造成结构泄漏的一个重要隐患。     

闸板式常开电爆阀密封结构的设计与仿真研究

为选择合理的闸板式常开电爆阀的结构方案,采用LS-DYNA分析软件对闸板式常开电爆阀的密封过程进行了数值仿真,得到了不同设计结构下密封零件配合时的时间、应力曲线及运动过程图.参考仿真结果选择了常开电爆阀密封结构的设计方案,并在最终的试制生产中取得了成功.     

U-E密封设计研究

基于ABAQUS平台建立了发动机燃气摇摆装置——推力室对接法兰处用U-E密封有限元模型,采用ABAQUS/Standard模块隐式算法求解了U-E密封与法兰副相接触时,UE密封环结构参数;主、副密封唇压缩量发生变化时,压缩量与密封环等效Mises应力、塑性应变和接触压强之间的关系等。由此得到了U-E密封材料选择准则与密封结构设计准则,采用该设计准则设计、制造的U-E密封通过了37.5 MPa液压强度和25 MPa高压气密试验。试验结果表明:U-E密封设计准则正确、合理、适用,密封性能满足使用要求。     

低温安全阀密封设计研究

低温安全阀是一种自动阀门。正常工作时低温安全阀应能在长期超低温环境下利用自身的弹簧力形成良好的密封,但由于密封材料在低温环境发生不可避免的变形导致阀门容易出现泄漏。为了解决上述问题,根据低温安全阀的设计要求提出密封结构方案,并运用ANSYS有限元软件对低温安全阀结构方案、锥面密封结构等进行了数值仿真和应力分析,研究了密封块与阀座之间夹角、密封面锥角和密封中径对密封面接触应力和密封块强度的影响,并从中得出了低温安全阀密封材料的材料选择、密封结构的设计规范和关键尺寸的设计准则,根据该规范设计加工出的低温安全阀通过了标准规定的常温和低温试验,满足设计要求,该阀门已应用于液化天然气、空分、乙烯等工程领域。     

机械展开式再入飞行器柔性面材料力学性能仿真

针对中国未来地球再入及深空探测的任务需求,开展了机械展开式再入飞行器的研究。文章基于机械展开式再入飞行器的结构特点,采用时空守恒元解元方法,建立三维非定常环境下机械展开式再入飞行器气动面的流固耦合数值模型。主要针对柔性面材料的弹性模量进行对比仿真计算,分析柔性面的变形及应力情况。通过对比分析得到:飞行器背部产生较明显的涡,起到抑制柔性面变形的作用;柔性面变材料的弹性模量的适用范围,当弹性模量为50GPa左右时满足使用要求;柔性面变形和应力的分布及大小,最大变形位置位于柔性面边缘,柔性面中部形成向内的凹陷,且其最大变量形略小于边缘变形量;文章讨论了柔性面厚度对变形量变的影响。文章结果为柔性面的气动特性及气动加热分析提供基础,也为柔性面的工程研制提供参考。     

推力室逆置点火瞬时真空舱流场数值与试验研究

针对高空模拟舱内逆向布置的推力室点火瞬时过程中舱内压力的变化规律进行了理论和数值仿真分析,推力室高速气流的动能是推力室短程点火过程中舱内压力大幅上升的主要原因.为保证推力室点火时舱内的真空度,需要在推力室出口配置导流装置将燃气导出真空舱.对单台和4台并联推力室进行点火试验,试验表明：采用燃气导流能够较好保持舱内真空度,是整机多推力室高空模拟试验的新思路.     

基于结构可靠性干涉理论的环境因子研究

提出了一种基于结构可靠性干涉理论的非寿命型环境因子计算方法,这种环境因子充分考虑了可靠性仿真信息和现场试验信息。应用强度-应力干涉理论,通过可靠性仿真计算,得到不同环境下结构可靠性分布参数,运用仿真结果计算环境因子。然后,针对二项型分布数据,结合折合后数据的相容性检验方法,应用Bayes可靠性评估方法阐述了产品可靠性计算过程。最后,以固体火箭发动机药柱结构可靠性作为实例,利用2个压强下的可靠性仿真信息和现场试验信息,计算得到了发动机药柱在高工作压力下的可靠度。这种评估方法可融合现场试验信息、不同应力环境下产品试验信息及仿真信息,有利于解决小子样条件下可靠性评估问题。     

某发动机药柱掉块对其结构完整性的影响

针对发动机药柱掉块的现象,进行了发动机的结构完整性分析。基于三维粘弹性有限元分析方法,以某含伞盘药型的固体导弹发动机为例,建立了不同位置、不同大小掉块的有限元计算模型,计算了发动机药柱在内压与轴向过载联合作用下的Von Mises应变场,得到了发动机药柱掉块对其结构完整性的影响情况,其中影响最大的是药柱飞边掉块,而前后翼锥处掉块对其结构完整性几乎没有影响。文中方法和结论为固体导弹发动机的使用和判废提供了技术支持。     

自紧式K形金属密封组件密封特性研究

K形金属密封是液氧/煤油发动机液氧管路系统中经常使用的金属密封结构,其密封性能关系着发动机能否可靠工作.针对自紧式K形金属密封组件,采用非线性有限元方法,基于局部理想粗糙度等效简化,研究了密封机理.仿真结果再现了密封接触面的形成模式,论证了“压力自紧式”密封特征和可重复使用特性,并以密封接触面积和平均接触应力为指标,获得了密封性能与拧紧力矩的敏感性关系.     

长服役期橡胶密封性能分析与寿命评估

鉴于在橡胶密封性能分析过程中鲜有考虑长期老化效应影响,文章首先基于时温等效理论,构建考虑热氧老化效应的橡胶密封性能分析理论模型,并采用该模型研究不同压缩率和性能变化指标对橡胶接触性能的影响规律。然后,建立橡胶密封计算的平均接触压力与试验测试的橡胶密封泄漏率间的函数关系,并将采用这一关系预测的橡胶密封的泄漏率与试验测试结果进行对比。最后,拟合橡胶密封泄漏率与老化时间之间的函数关系,经外推,实现对O形橡胶密封寿命的精确预测。     

压力对膜盒式端面密封平衡直径的影响

膜盒式端面密封在低温液体火箭发动机涡轮泵中有着广泛的应用,作为直接影响密封工作稳定性及涡轮泵工作可靠性的重要参数,端面比压、膜盒平衡直径等如何选取一直是密封设计的重要工作。以某型低温液体火箭发动机涡轮泵的膜盒式端面密封为研究对象,研究压缩量、工作压力对膜盒应力分布、平衡直径、载荷系数和端面比压的影响。应用有限元法建立了膜盒应力分析模型,得到了不同压缩量和充压压力下膜盒的应力分布和端面压紧力,分析膜盒平衡直径随压力增大而显著下降的机理。结合理论分析,开展比压测量装置设计和测量,验证数值仿真得出的规律,并发现现有产品的实际平衡直径比理论计算要小。最后基于仿真和测试结果对现有端面密封方案进行改进,通过台架运转试验验证仿真、测量以及改进方案的准确性,为低温液体火箭发动机涡轮泵用密封端面比压的选取提供了更为合理可行的方法。     

球头-锥面连接结构非线性接触分析

文章采用大型有限元分析软件ANSYS,对球头一锥面连接结构在“安装”状态的密封情况进行接触分析,研究了密封面上的接触应力和密封面积随拧紧力矩的变化规律,得出了接触面上的应力、应变的峰值和分布情况,提出了安全拧紧力矩的存在范围,为此类结构的设计和装配提供了一种新的分析方法。     

固体火箭发动机密封结构随机有限元可靠性分析

通过研究固体发动机密封结构主要部件橡胶O形密封圈的力学性能,应用积分类随机有限元法实现了密封结构随机因素下的结构响应,完成了固体发动机密封结构在长时间贮存老化和工作状态下的力学性能模拟及随机有限元可靠性分析。