高压容器密封结构有限元分析与优化设计

发布时间：2017-05-16 09:21

  本文关键词：高压容器密封结构有限元分析与优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高压容器作为一种常用的压力设备,在现今的工业生产以及日常生活的各个领域已经得到了大量使用。尤其是在工业革命之后,由于工业发展的大力需求各种类型的压力容器层出不穷,为国民经济的可持续发展提供了重要的硬件支持。密封结构作为高压容器中的重要部件,对压力容器的整体使用性能有着至关重要的作用。因此,高压容器中密封结构的受力分析对提高设备使用性能、延长使用寿命以及增强使用功能都有十分重要的意义。同时,对密封结构的选材、设计、制造以及可靠性也具有理论指导和理论支持的作用。本文通过简单介绍目前国内外学者对密封结构的相关研究成果,在总结已有研究成果和继承前人研究的基础上,运用有限元方法对O形橡胶圈密封结构进行了数值模拟,得到了具有工程应用价值的一系列数据以及相关结论。主要研究内容有以下四个方面：(1)通过对O形橡胶密封圈密封结构建立了二维平面应变模型,利用大型有限元分析软件的协同仿真环境,分析了密封圈在安装使用中与密封槽的接触情况和密封圈截面应力的分布规律。(2)通过分析密封圈在无内压作用时等效应力、接触压力的分布,以及两者与压缩率之间的变化关系,并将有限元模拟结果与Lindley半经验关系式、Wendt关系式及实验数据进行对比,验证了有限元建模方法的可靠性,得到了接触压力峰值随压缩率增大而增大的规律。(3)通过分析密封圈在有内压作用时等效应力、最大剪切应力及接触压力的分布,以及它们与容器内压值、密封槽底部倒角及棱角倒角半径之间的变化关系,得到了在较高内压作用时密封圈截面的易受损位置。(4)根据对单凹槽式密封结构的分析结果提出了双凹槽式密封结构,并验证了在仅改变密封槽尺寸设计的情况下,这种优化设计方案具有更良好的密封性能,为O形橡胶密封结构的可靠设计、优化提供了理论依据。
【关键词】：O形橡胶密封圈 密封原理 等效应力 剪切应力 接触压力
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH49;TB42
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-13
• 第一章 绪论13-22
• 1.1 问题研究背景13-14
• 1.2 压力容器概述14-15
• 1.2.1 压力容器的定义14
• 1.2.2 压力容器的分类14-15
• 1.3 密封结构介绍15-18
• 1.3.1 密封结构的定义15
• 1.3.2 高压容器密封结构的分类15
• 1.3.3 密封结构的原理15-18
• 1.4 目前研究现状18-20
• 1.5 本文的主要工作20-21
• 1.6 本章小结21-22
• 第二章 橡胶材料相关理论22-27
• 2.1 引言22
• 2.2 橡胶材料的力学特性22-23
• 2.2.1 材料非线性22-23
• 2.2.2 几何非线性23
• 2.2.3 边界非线性23
• 2.3 超弹性体非线性本构关系23-26
• 2.3.1 小变形时的弹性性质23-24
• 2.3.2 大变形时的通用理论24-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 O形橡胶密封圈简介27-37
• 3.1 引言27-28
• 3.2 O形橡胶密封圈概述28-34
• 3.2.1 什么是O形橡胶密封圈28-29
• 3.2.2 O形橡胶密封圈的适用范围29
• 3.2.3 O形橡胶密封圈的主要失效原因29-33
• 3.2.4 O形橡胶密封圈失效判断准则33-34
• 3.3 O形橡胶密封圈的工作原理34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 有限元法与分析软件简介37-45
• 4.1 引言37-38
• 4.2 分析软件介绍38-44
• 4.2.1 分析软件概述38
• 4.2.2 分析软件的基本假设38-39
• 4.2.3 几何建模39
• 4.2.4 网格划分39-40
• 4.2.5 接触问题简介40-43
• 4.2.6 静态结构分析43-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 单凹槽式O形圈密封结构分析45-76
• 5.1 引言45
• 5.2 计算模型建立45-50
• 5.2.1 几何模型45-47
• 5.2.2 基本假设47-48
• 5.2.3 材料参数选取48
• 5.2.4 接触设置48-49
• 5.2.5 网格划分49-50
• 5.3 模型验证50-61
• 5.3.1 无限制密封槽模型50-56
• 5.3.2 两侧受限制密封槽模型56-61
• 5.4 密封圈预紧状态计算结果61-62
• 5.5 密封圈工作状态计算结果62-75
• 5.5.1 内压对等效应力分布的影响62-63
• 5.5.2 内压对最大剪切应力分布的影响63-65
• 5.5.3 内压对接触压力分布的影响65-67
• 5.5.4 倒角取值对接触压力分布的影响67-68
• 5.5.5 压缩率对等效应力分布的影响68-70
• 5.5.6 压缩率对最大剪切应力分布的影响70-71
• 5.5.7 摩擦系数对等效应力分布的影响71-73
• 5.5.8 摩擦系数对最大剪切应力分布的影响73-75
• 5.6 本章小结75-76
• 第六章 双凹槽式O形圈密封结构分析76-86
• 6.1 引言76
• 6.2 双凹槽式密封结构设计方案76-78
• 6.2.1 几何模型76-77
• 6.2.2 有限元模型77-78
• 6.3 双凹槽式密封结构工作状态计算结果78-85
• 6.3.1 内压对等效应力分布的影响78-80
• 6.3.2 内压对最大剪切应力分布的影响80-81
• 6.3.3 内压对接触压力分布的影响81-83
• 6.3.4 倒角取值对接触压力分布的影响83-85
• 6.4 本章小结85-86
• 第七章 结论与展望86-88
• 7.1 主要结论86-87
• 7.2 研究展望87-88
• 参考文献88-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 龚步才;O型圈在静密封场合的选用[J];流体传动与控制;2005年04期

  本文关键词：高压容器密封结构有限元分析与优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：370459