接触式机械密封界面三维重建及有限元分析

发布时间：2017-09-26 21:37

  本文关键词：接触式机械密封界面三维重建及有限元分析

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【摘要】：在环境问题日益严峻的今天,人们对机械密封的安全性、稳定性提出了更高的要求,由于机械密封环表面粗糙不平,工作压力下的流体就会从密封界面的一侧泄漏至另一侧,甚至引发密封失效。为了揭示机械密封泄漏机理,本文针对组成接触式机械密封界面的动、静环表面进行了研究,建立了真实密封界面模型,探讨了载荷作用下接触界面的孔隙率变化情况。具体工作如下:(1)研究从二维断层图像对密封端面的三维形貌进行重建的方法,介绍了常见的图像处理技术,给出一种选择最佳阈值的方法。引入分形理论和孔隙率对重建的三维形貌进行表征,设计了计算端面分形维数和孔隙率的程序:当使用的盒子无法精确覆盖三维数据时,盒子尺寸越大,误差越大;讨论了采样层数对计算结果的影响:当层数较少时,增加采样层数能够显著提高计算精度,但当层数超过某一数值时,继续增加层数则无法大幅提高精度,基于MATLAB GUI开发了密封端面三维重建和形貌表征软件。(2)将Imageware的曲面建模技术和PROE的3D建模技术结合,对三维数据进行了实体化建模,给出点云处理的方法,以及常见表面形貌的构造方法:对于高斯表面,可以通过控制两个自相关方向上的长度来对粗糙面的形貌进行调整,当二者相同时,构造的表面呈现出各向同性的特征,若二者不同,则表面呈现各向异性的特征;对于分形表面,分形维数反映了表面轮廓的复杂程度,而尺度系数则反映了所能观测到的粗糙形貌的幅值大小。(3)对重建的密封端面实体化模型,利用ANSYS Workbench对其进行有限元分析。静环粗糙表面所受的载荷随着动环表面的位移量增加而呈现非线性增大,在初始阶段增速较快,然后放缓,当表面的粗糙峰进入塑性变形阶段后,载荷的增速又加快,在载荷较小时,静环表面的一些粗糙峰就已经受到了较大的载荷作用,随着载荷的增加,密封端面的体孔隙率也不断减少。
【关键词】：机械密封 表面形貌 三维重建 表征 有限元分析
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 前言8-13
• 1.1 课题的来源、背景及意义8-9
• 1.2 三维重建技术的研究现状9-11
• 1.3 课题的主要研究内容和技术路线11-12
• 1.3.1 课题的主要研究内容11
• 1.3.2 技术路线11-12
• 1.4 本章小结12-13
• 第二章 密封端面的三维重建13-24
• 2.1 密封端面断层扫描的原理和方法13-15
• 2.1.1 断层数据获取13-14
• 2.1.2 形貌绘制原理14-15
• 2.2 数据采集15-16
• 2.3 二维断层图像的预处理16-19
• 2.3.1 常用图像处理方法17-18
• 2.3.2 图像预处理的MATLAB实现18-19
• 2.4 阈值分割19-22
• 2.4.1 阈值分割的通用方法19-20
• 2.4.2 一种求取阈值的方法20-22
• 2.5 基于体素的三维重建22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第三章 密封端面的形貌表征24-35
• 3.1 分形理论的引入24-31
• 3.1.1 计盒维数计算原理24-25
• 3.1.2 二维数据的计盒维数计算25-26
• 3.1.3 程序的标定26-28
• 3.1.4 三维数据的计盒维数计算28-29
• 3.1.5 计算三维分形维数程序设计29-30
• 3.1.6 三维计盒维数计算30-31
• 3.2 孔隙率31-33
• 3.2.1 孔隙率计算原理31-32
• 3.2.2 孔隙率计算32-33
• 3.3 采样层数对计算结果的影响33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 基于MATLAB的GUI设计35-43
• 4.1 MATLAB GUI简介35
• 4.2 机械密封端面三维重建及形貌表征的GUI设计35-42
• 4.3 本章小结42-43
• 第五章 密封端面的实体化建模43-53
• 5.1 逆向工程43-46
• 5.1.1 点云数据处理44-45
• 5.1.2 构建曲面45-46
• 5.2 表面形貌模拟46-50
• 5.2.1 高斯表面的模拟46-47
• 5.2.2 分形表面的模拟47-50
• 5.3 接触模型的建立50-52
• 5.4 本章小结52-53
• 第六章 密封端面模型的有限元分析53-58
• 6.1 基于Workbench的有限元分析53-55
• 6.1.1 材料属性53
• 6.1.2 网格划分53-54
• 6.1.3 边界条件54-55
• 6.1.4 后处理55
• 6.2 结果分析55-57
• 6.2.1 变形量分析55
• 6.2.2 接触面积分析55-56
• 6.2.3 孔隙率分析56-57
• 6.3 本章小结57-58
• 第七章 总结与展望58-60
• 7.1 总结58
• 7.2 展望58-60
• 攻读学位期间发表的学术成果60-61
• 参考文献61-64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：925873