工作压力下法兰结构螺栓及密封件受力特性

为了研究工作压力下典型法兰结构螺栓力和密封件接触力的变化关系,首先对密封件、法兰及连接螺栓进行预紧状态及工作状态的受力分析,并在轴向及转动方向对法兰建立力与力矩的平衡方程,通过对平衡方程组的理论推导得到螺栓力增量随工作压力增量的变化关系.其次,建立法兰密封有限元模型,并进行工作压力作用下的仿真计算,结果表示法兰的力学分...     

法兰连接密封结构的贮存可靠性分析

确定了固体火箭发动机法兰连接密封结构的失效模式，并用多模式结构可靠性分析方法对法兰连接密封结构的可靠性进行了分析和评估，给出了对接密封结构的可靠性随时间的规律，以及长期贮存的可靠寿命。     

考虑法兰变形的U-E金属密封结构匹配优化设计

针对液体火箭发动机大直径高温高压轻量化法兰变形量大导致密封泄漏的问题,采用Walters法结合三维仿真实验对法兰变形进行分析,阐明了法兰变形量及U-E金属主/副密封面密封比压变化,通过法兰变形量对U-E主/副密封之间的高度进行匹配设计;对于U-E密封复杂横截面多结构参数,设计正交实验,结合法兰变形量,系统开展了U-E金属主/副密封设计。结果表明:法兰变形导致压缩量减小,密封回弹量增大,可导致U-E结构的密封比压不足;通过增加压缩量,增加U-E主/副密封高度差,U-E密封正交试验的结构优化,有效地解决了法兰变形下的密封比压不足问题。对优化后的结构进行重复充泄压试验,试验结果均满足要求。     

航天飞机金属静密封技术和制造技术

以美国航天飞机主发动机为背景描述了氢氧发动机金属静密封技术的发展、工作原理、结构、材料、应用、泄漏测定法；金属静密封制造工艺；发动机法兰螺栓紧固力矩超声波测定仪的应用和在发动机减重上的作用。     

Al包覆层厚度对Al-NiTi复合垫片密封面压紧力影响的有限元分析

用ABAQUS分析了法兰连接中不同Al包覆层厚度下Al-NiTi复合垫片密封面压紧力的分布,并与同等加载条件下的NiTi垫片、金属石墨缠绕垫片进行了对比。结果表明,相比NiTi垫片,Al包覆层降低了密封面的压紧力,随包覆层厚度增加,降低幅度增加;包覆Al层后,垫片密封面压紧力沿径向分布呈现波纹起伏,随包覆层厚度增加,波动幅度增加;Al-NiTi复合垫片内外侧附近出现密封压紧力急剧上升的突变,且随垫片厚度减少,突变值增加,这有利于提高密封效果;Al包覆层厚度为0.2 mm时,密封面压紧力数值较为理想,甚至超过NiTi垫片和金属石墨缠绕垫片。     

航天飞机金属静密封技术和制造工艺

以美国航天飞机主发动机为背景描述了氢氧发动机金属静密封技术的发展、工作原理、结构、材料、应用、泄漏测定法；金属静密封制造工艺；发动机法兰螺栓紧固力矩超声波测定仪的应用和在发动机减重上的作用。     

弯曲载荷作用下舱段连接螺栓组载荷数值研究

鉴于工程计算方法对舱段间连接螺栓组在弯曲载荷作用下的受力问题较低的计算精度,采用有限元仿真方法研究了连接螺栓组的弯矩载荷和轴拉载荷的大小和分布规律,并进一步分析了舱段连接螺栓预紧力、螺栓数量、螺栓直径、螺栓分布圆直径及舱段法兰厚度对舱段连接螺栓组载荷的影响。结果表明,在舱段弯曲载荷作用下,螺栓的最大轴拉载荷是工程理论计算结果的1.45～2.53倍;在线弹性范围内,同时考虑螺栓轴拉载荷和弯矩载荷的最大等效轴拉载荷是工程理论计算结果的2.43～7.06倍;螺栓的弯矩载荷,显著增大了螺栓的最大应力;螺栓的最大轴拉载荷随着螺栓数量的减少、螺栓分布圆直径的减小而显著增大,其中螺栓直径大小、法兰厚度的影响较小;螺栓的最大弯矩载荷随着螺栓数量的减少、螺栓直径的增大、螺栓分布圆直径的减小、法兰厚度的减小而显著增大。     

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。     

考虑零件蠕变-松弛时凸缘联接系统的密封模糊可靠性

凸缘联接系统作为一种方便的可拆卸连接,这种连接结构不仅要求各连接元件在预紧和操作情况下不发生强度破坏,同时还要求满足一定的密封性能.应用蠕变-松弛理论和模糊可靠性理论,将垫片、螺栓和凸缘环作为一个整体,考虑凸缘联接系统各零件之间变形协调、力的平衡和各零件蠕变-松弛作用,提出了在预紧和操作情况下,计算凸缘联接系统载荷与变形随时间变化的新方法.在此基础上,对其密封模糊可靠性随时间的变化进行了研究.算例结果表明,提出的新方法是可行的.     

ANSYS二次开发在火箭发动机法兰结构设计中的应用

氢氧液体火箭发动机密封连接形式常采用一种法兰面贴合的榫槽式密封法兰结构,设计时主要采用有限元方法进行结构强度和密封性分析.为提高设计效率、简化有限元操作,利用ANSYS提供的用户界面设计语言(UIDL)和参数化设计语言(APDL)二次开发环境,开发结构分析程序模块.该程序模块能够将法兰结构有限元分析的前后处理和计算封装在后台操作,用户只需输入结构和材料参数,程序可自动进行有限元计算.利用有限元计算结果,通过垫片应力预测泄漏率进行密封性分析,结合螺栓和法兰最大应力,可确定垫片规格等结构参数和拧紧力矩等装配参数.通过实际应用验证,根据程序计算结果满足发动机热试车使用要求,验证计算方法合理.     

纤维缠绕体连接结构设计计算

给出了固体箭发动机纤维缠绕体接头，堵盖，连接螺栓，金属裙和密封结构等的设计计算方法，经实验验证和多种壳体设计应用，证明是行之有效的。     

载人飞船舷窗防热与密封结构的设计与试验

讨论了研制中国载人飞船舷窗防热和密封结构的几个技术难题:1)保证舷窗在返回的高温环境中防热与密封可靠;2)保证窗玻璃材料与周围防热材料烧蚀同步,避免出现局部干扰热流;3)进行多种异质材料,包括透明材料组成的复杂结构温度场的分析计算;4)通过地面模拟试验准确地预测实际飞行条件下舷窗的防热与密封性能。文章阐述了解决这些难点的主要方法和结果。神舟一号至神舟六号的飞行成功表明,舷窗结构的防热和密封性能良好,同时,也给舷窗防热与密封设计技术做了多次飞行验证。     

液体火箭发动机超高转速泵浮动密封环研究

浮动密封环作为非接触式液体间隙密封,具有密封压差大、泄漏量较小、能自动调心和对中、理论上无磨损、对转子有辅助支撑作用等优点。但它在工作时受力状态很复杂,液膜形成和最小液膜厚度的大小受到许多因素的影响,泄漏量的计算与普通工作状态有较大的差别。本文通过对一些重点因素的分析研究,结合产品在不同工作转速和介质中的试验情况,提出了浮动环的工作模式,确定了最小液膜厚度和泄漏量的计算方法和在结构设计和产品生产过程中应重点考虑的问题。     

空间环境模拟器内液氮冷管密封技术

针对空间环境模拟器内活动热沉供液管道密封的真空、低温要求,从密封技术的机理出发,分析了软金属密封、温度作用下的复合密封、特型金属密封等几种密封技术的优缺点,提出了相应的改进方法。     

局部多孔壁－内腔结构的气动加热瞬态特性

根据超声速飞行器外表面连接结构处密封结构几何特征,以局部多孔壁和内腔结构为研究对象,建立流/固/多孔区域流动和传热过程耦合计算模型,其中多孔区域中运用分布阻力法,流、固区域间换热过程采用准稳态耦合计算方法。经过与相关实验数据进行对比,验证了程序可靠性,并进一步分析在整个长时间瞬态过程中,该密封结构的流动和传热特征,阐明了在瞬态过程中多孔材料等效热流对缝隙壁面的加热作用。研究了有、无多孔材料填充两种情况下缝隙壁面热流分布形态的差异,探讨了缝隙中填充多孔材料对高速流场边界层热气流侵入内腔过程的影响。
     

基于精确建模的横向振动工况下螺栓松动机理研究

横向振动是引起螺栓连接结构松动的重要原因。利用Hypermesh软件进行参数化建模,在建立带有螺纹升角的螺栓连接结构六面体网格精确有限元模型基础上,基于ABAQUS显式动态分析模块,通过接近实际工况的转角法拧紧螺栓,并施加横向正弦位移载荷,对横向振动下的螺纹连接结构松动情况进行多阶段、全过程有限元仿真分析,并设计了螺栓松动试验台进行螺栓松动实验,验证仿真方法的准确性。主要研究了横向振动前期螺栓扭转变形对螺栓松动情况的影响。结果表明,横向振动时的完全滑移先发生于支撑面处;在螺栓扭转变形完全回弹之前,预紧力的下降主要是塑性变形引起的,螺纹啮合处相对滑动不明显,此后,预紧力的下降主要是螺母回转引起的,螺纹处产生明显相对滑动,并提取了螺栓扭转变形回弹为0的节点。通过仿真和实验相结合的方法使分析结果更为准确。     

快速拉格朗日差分法在巷道锚杆支护计算中的应用

快速拉格朗日法是一种新型的数值计算方法。本文介绍了快速拉格朗日法的基本原理和分析过程；并将这种方法应用于巷道锚杆支护的计算中，对锚杆支护前后围岩的变形进行了对比。结果表明锚杆在控制围岩垂直方向的变形有明显的作用。     

飞行器爆炸螺栓分离冲击环境散布分析

爆炸螺栓分离装置是一种应用广泛且相对成熟的点式火工分离装置，在航天器分离中应用广泛。爆炸螺栓通过腔内炸药爆炸的拉伸、剪切力学效应，使螺栓特定部位断裂实现解锁。爆炸分离过程会产生时间短、频率高、峰值高的冲击波，对航天器结构产生冲击。分离过程中，爆炸螺栓断裂位置尺寸、炸药药量和螺栓预紧力等因素的偏差都会影响爆炸分离产生的冲击响应。通过不同设计尺寸偏差下的有限元分析计算，研究了不同因素对航天器关键位置冲击响应谱的影响。结果表明爆炸螺栓断裂位置的端面尺寸和炸药药量的变化对冲击响应谱有着显著影响。     

高压液氧涡轮泵孔型/蜂窝阻尼密封的设计

针对某型火箭发动机高压液氧涡轮泵离心轮的前、后凸肩动密封,采用孔型/蜂窝阻尼密封代替原始迷宫密封方案,并对密封结构参数进行优化设计,旨在减小泵内动静间隙泄漏,提高泵容积效率.采用经水工质孔型密封泄漏量实验数据验证的,基于k-ε 湍流模型和三维定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)...     

螺栓连接松动的导波监测技术综述

螺栓连接件使结构易于安装或拆卸,同时还可以承受较大的载荷,广泛应用于航空航天结构中。然而,螺栓在复杂服役环境中很容易发生松动,因此准确监测螺栓预紧力对于确保结构的可靠性和安全性具有重要意义。经过多年的发展,基于超声导波的结构健康监测方法逐渐成为螺栓连接松动监测的重要技术手段之一。对典型的螺栓预紧力导波监测方法进行了综述,包括导波能量耗散法、时间反转法、接触声学非线性法和混沌超声法等方法,介绍了这些方法的基本原理和发展现状。同时,通过实验将目前应用较多的导波能量耗散法、时间反转法进行了对比,结果表明时间反转法的监测灵敏度更高。