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。     

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。     

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.     

超低温下活门密封性的实验

为提高氢氧发动机上活门自动器的氦质谱检漏合格率，采用密封垫片涂油方法改善装配性能，取得了显著的成效。     

管束式喷管延伸段液压气密性试验的密封技术

某型大喷管,即管束式喷管延伸段,是由数百根空间变螺旋管组成,根据产品的焊接技术要求,需对空间变螺旋管做液压强度、气密性试验。试验时必须将管束式喷管延伸段的出口集合器上的575个小喷嘴密封。小喷嘴的间距仅有5.81mm,经研究采用球头密封,磁性垫片定位,橡胶垫尺寸补偿的工艺设计方案,达到了密封性能的要求。     

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.     

锯齿形垫片成型模加工工艺

叙述了锯齿形垫片成型模的结构特点和工艺性,对模具加工工艺方法进行了分析、比较并确定了最佳方案。重点论述了加工模具工艺尺寸的计算过程,确定了模具加工的工序,并对采用手工铣床加工的锯齿形垫片的使用效果及效益进行了阐述。     

液氧煤油发动机碟形金属密封特性

碟形金属密封是一种精密的封闭式密封结构,在预紧过程和工作过程中表现出强烈的非线性特征,采用试验手段或者线性有限元方法无法对其密封特性进行直观量化研究。为了解决该问题,以1 200 kN推力液氧煤油发动机中的一种小直径碟形金属密封结构为研究对象,采用非线性弹塑性有限元仿真计算方法,分析了密封结构轴向压缩量、各密封面的密封面积及密封应力随加载载荷的变化规律,研究了碟形密封结构的密封机理和轴向刚度特性。分析结果表明:预紧载荷作用后4个密封面均形成密封面积和密封应力,预紧状态下碟形环发生"S"形变形并出现失稳现象,介质的压力载荷和温度载荷造成各密封面的密封性能下降。     

多级串联密封系统泄漏规律及应用研究

多级串联密封结构的泄漏过程非常复杂,其泄漏规律对多级密封结构的设计、检漏和密封安全评估等具有重要意义。建立了多级串联密封系统的数学模型,揭示了多级串联密封结构正压泄漏的漏率、漏量与泄漏时间关系的一般规律,通过三级密封系统泄漏的仿真计算实例和泄漏实验,验证了多级串联密封泄漏理论的正确性,并总结了多级串连密封泄漏规律的应用方法。     

先进固体火箭发动机(ASRM)喷管简介

ASRM 喷管装置主要包括两个组件,即前喷管和后出口锥。前喷管由柔性密封接头和绝热体组成,它具有8°全轴推力向量控制的能力.柔性密封接头是由 D6AC 钢增强片、天然橡胶垫片和 D6AC 钢前、后端环组成.接头被安装到有绝热层的 D6AC 固定座以及7050铝制整体头部入口和喉部支撑罩上.喷管头部入口和喉部的火焰表面烧蚀环用标准密度(1.45g/cm~3)的碳布酚醛带缠绕制成,前喷管组件的出口锥烧蚀层也     

深空样品密封技术综述

文章首先介绍了美国"阿波罗"计划中月球样品密封所使用的密封结构与材料,以及火星采样返回任务中对样品密封的技术方案和研究情况。然后,针对我国探月工程三期的样品密封要求,分析了多种密封材料和结构,包括铟银合金作为软金属用于刀口挤压的密封结构、自动钎焊密封装置和爆炸焊接密封装置;同时,简单地介绍了目前国内深空样品密封技术研究与试验工作。最后,针对上述密封结构和密封材料,结合我国探月工程的要求,提出了优化研究方向。这些跟踪研究结果可为我国深空样品密封技术的发展提供参考。     

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。     

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。     

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。     

八角垫高压密封结构的设计

本文介绍了一种高压密封结构——八角垫卡环密封结构;通过对该密封结构实际受力情况的分析并结合GB150-89设计标准,阐述了该密封结构的设计方法,并经试验论证可行。     

膜盒式机械密封设计研究

基于膜盒式机械密封理论与经验,研究了膜盒式机械密封密封材料、密封结构、密封性能、密封比压、泄漏量等之间的关系.基于ANSYS有限元软件平台面-面接触分析模块Contact Pressure,仿真分析和计算了膜盒式静环组件在过盈配合压装条件下端面块应力、应变场分布与变形量之间的关系,得出了膜盒式机械密封密封材料选择、结构、静环组件、密封性能参数设计准则.在该准则中端面块过盈量选取范围为0.16-0.18 mm之间.采用该设计准则设计的膜盒式机械密封已经用于某战略弹道导弹武器系统用液体火箭发动机之中,该发动机已经通过了地面热试车考核.     

球面密封结构的漏率预估

球面密封结构是国内卫星推进系统管路中经常使用的密封结构,其工作性能直接关系着卫星的在轨安全。针对球面密封的密封机理,通过非线性有限元法分析了安装条件下的密封状态。在此基础上,研究了泄漏气流的流动状态,结合Roth模型建立了分子流状态下的漏率计算模型,得出了泄漏漏率和拧紧力矩、表面粗糙度的对应关系,对检漏条件下结构的漏率进行了预估。在理论计算的同时,通过实验证明了漏率预估方法的准确性。     

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。     

航天器舱体热密封结构多物理场耦合数值分析方法研究

综合考虑航天器舱体外围高超声速流动、密封带及舱体结构传热以及密封结构内部的空腔流动传热,提出航天器高温热密封结构的瞬态多物理场耦合分析方法。利用改进型Van Driest变换方法进行高超声速流动环境预测,基于高斯－赛德尔分块迭代耦合方法完成一体化耦合计算方法。采用包含不同材料结构部件的复合结构,计算了0～200 s内有无密封塞两种情况下的各部分结构的瞬态热传导过程。结果表明,密封塞的使用可显著降低空腔内的最高温度,瞬态变化情况的考虑更加准确地反映了各部分结构部件及内部空腔的温度变化情况。该文的计算方法可广泛应用于航天器热密封结构的传热特性分析,可为火箭等航天器上的高温密封部件设计提供有效的数值分析工具。     

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.