双锥形管接头密封管路联接结构的稳健设计方法

发布时间：2020-08-08 00:38

【摘要】：虽然双锥形管接头密封管路联接结构在实验室小型高压气路管道密封联接方面成功使用多年,但对该结构还没成熟完整的理论设计方法。本文在深入研究双锥形管接头密封管路联接结构的基础上,运用稳健设计方法,综合元件几何尺寸、材料力学性能、元件表面粗糙度、轴向预紧力、配合间隙、锥角和锥角差等因素,找出了该结构比较合理的设计参数组合。本文首先通过对金属密封条件分析,得出了双锥形管接头的密封条件。在此条件下,密封系统可实现“零”泄漏,轴向预紧力成了评判密封系统优劣的重要标准。这为有限元法进行数值试验准备了条件。在进行稳健设计时,首先运用有限元法计算分析双锥形管接头密封管路联接结构设计参数对管路密封性能的影响,确定了各主要影响因素的取值范围,在此基础上安排了正交数值试验,并用正交多项式拟合出各主要影响因素对轴向预紧力影响的响应面模型。同时,还建立了影响双锥形管接头密封管路联接结构形体大小和拆装的结构几何模型。然后,通过多目标优化思想,找出双锥形管接头密封管路联接结构最佳设计参数组合,并用有限元法验证优化结构承载内压的大小。最后对全文进行总结并对未来的研究进行展望。
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH136
【图文】：

双锥环,间隙值,压力波动,适应性

密密封图

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HokefittingSwagelokfitting图1.1带有锥密封的管路密封联接结构示意图(续)图1.1为一些厂家生产的锥形密封产品。在查阅的文献及大量现行国内产品的技术资料中，可以看到对于小径管路的密封联接，锥形密封结构是使用广泛、结构小巧且密封可靠的联接形式。本文研究的双锥形管接头亦可作为锥形密封的一种特殊形式。为了更充分发挥其特点，各大厂商都在不断对锥形密封结构进行改进和完善，使其更好适应不同工况。对于锥形密封，虽然国内外已有很多成熟技术，但一般都由一些大型厂商(如:parker、Hip、swagelok等)掌握，没有公开其设计规范。1.3稳健设计概述1.3.1稳健设计概念及原理稳健设计(RobustDesign)就是通过调整设计变量及控制其容差使可控因素和不可控因素当与设计值发生变差时仍能保证产品质量的一种工程方法123]。换言之，若做出的设计即使在各种因素的干扰下产品质量也是稳定的，或者用廉价的零部件能组装出质量上乘、性能稳定可靠的产品，则认为该产品的设计是稳健的。实际上，由于各种因素的影响

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该密封满足压应力要求。对于非连续接触，就要求19个或更多。3.3.2有限元计算模型由于双锥形管接头受力和结构具有对称性，可建立如图3.3所示的二维轴对称模型。J翅纵图3.3双锥形管接头密封管路联接结构的有限元模型双锥形管接头和密封座均采用四边形四节点单元，并对局部网格细分。导管由冷拔硬化而成，在轴向预紧力作用下变形量很小，将其考虑为刚体。约束密封座右端面轴向位移，双锥形管接头左端面施加轴向预紧力P。3.4本章小结本章首先介绍了双锥形管接头密封管路联接结构及工作原理，给出了双锥形管接头的材料参数、有限元计算初始尺寸及有限元计算模型，最后阐述了有限元计算方法，为双锥形管接头的稳健设计进行数值试验准备了条件。

【引证文献】