镍钛合金双层波纹石墨复合垫片的设计与参数优化

发布时间：2020-10-30 20:09

　　 针对反应釜的高腐蚀性、恒温以及多振动等工况,设计一种新型镍钛合金双层波纹石墨复合垫片,其骨架材料为镍钛合金,结构为双层式波纹结构,在双层骨架的内外侧填充石墨层。选取波纹数、骨架厚度和波纹幅值等参数进行正交优化设计,采用ANSYS软件模拟该垫片在一定波纹数(4～6个)、骨架厚度(0.3～0.5 mm)和波纹幅值(0.3～0.5 mm)时的变形特征。结果表明:新型垫片的最佳回弹率为93.84%,对应的波纹数、骨架厚度和波纹幅值为5个、0.5 mm和0.3 mm。与不锈钢双层波纹石墨复合垫片和不锈钢单层波纹石墨复合垫片对比表明:镍钛合金双层波纹石墨复合垫片具有最好的回弹性能。
【部分图文】：

柔性石墨金属波纹复合垫片是在波纹状的金属板的两面覆盖柔性石墨的一种复合垫片。这种垫片既有金属的强度,又有波纹弹性的特点,其结构如图1所示[10]。但该柔性石墨金属波纹复合垫片的压缩量较低,预紧力较小时柔性石墨与法兰接触面无法形成完全密封;预紧力过大时容易散架。为此,文中设计了一种双层复合垫片,如图2所示,其在较低预紧力时也能提供足够的压缩量,起到较好的密封性能。图2 镍钛合金双层波纹石墨复合垫片

镍钛合金双层波纹石墨复合垫片

镍钛形状记忆合金在奥氏体状态下加载时其超弹性的典型曲线如图3所示,分为加载和卸载2个过程。加载过程中:AB段是母相奥氏体下的线弹性变形;BC段是马氏体相变引起的超弹性阶段,点B和C的应力分别为σ s A→Μ 和σ e A→Μ ,视为马氏体相变初始应力和结束应力。DE段是马氏体的弹性回复阶段;EF段是马氏体逆相变阶段,点E和F的应力分别为σ s Μ→A 和σ e Μ→A ,视作逆相变开始应力和结束应力;FG段是母相奥氏体的线弹性回复阶段;GA段是卸载至载荷为0后的残余应变量。由以上各阶段组成的超弹性曲线呈典型的旗帜状,即整个变形过程呈现迟滞环效应。镍钛合金材料参数如表2所示,表中ε对应图3中的GA段,即最大残余应变值;α为镍钛合金对拉压反应的差异;EX为弹性模量,尽管镍钛合金的奥氏体弹性模量大于马氏体弹性模量,但由于材料模型的局限,ANSYS模拟过程取奥氏体弹性模量等于马氏体弹性模量[12-13]。
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本文编号：2862951