深海活塞式压力补偿器的力学特性分析

发布时间：2017-05-29 20:15

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【摘要】：深海环境下的大压力问题是各种水下仪器设备所面临和必须首先解决的共性问题。压力补偿是当前国内外常用的、优先考虑和选择的途径。在诸多压力补偿装置中,活塞式压力补偿装置更能胜任水下仪器设备在深海环境下的长期工作。但是活塞工作的力学特性非常复杂,本文针对这一问题展开了相关研究。 首先,以活塞的爬行现象为主线,介绍了关于摩擦的基本理论、基本特性和力学模型,对爬行现象的物理模型进行了阐述,以此为基础,说明了活塞式压力补偿器工作的力学过程,并对影响其工作性能的关键因素作了说明。 其次,为理解油液的可压缩性,通过分析影响油液体积的各个因素,找出它们之间的量化关系,并精确计算出系统工作时的补偿容积。然后,根据力的平衡关系和牛顿第二定律,建立系统的静态和动态力学模型,通过参数选择,对其进行了算例仿真分析。 最后,将有限单元法应用到活塞、O形密封圈及缸体的接触力学分析中：通过静态分析研究影响活塞密封性能和摩擦力的主要因素；通过动态分析研究不同参数条件下活塞组的起动压差和停止压差。结果表明：初始压缩率和摩擦系数是影响活塞力学特性的主要因素；在满足O形圈密封可靠、起动压差相对较小的情况下,活塞式压力补偿器的密封材料应选取适当小的初始压缩率和摩擦系数。
【关键词】：活塞式压力补偿器 爬行 摩擦力 静动态特性 非线性接触分析 O形密封圈
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH766;TH137
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-15
• 1.2 压力补偿的目的及研究现状15
• 1.3 活塞的爬行和接触分析的研究现状15-18
• 1.4 本文课题来源、研究目的及主要内容18-19
• 第二章 活塞爬行的力学过程及影响因素分析19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 摩擦的基本理论及特性19-26
• 2.2.1 摩擦概述19
• 2.2.2 摩擦的分类19-20
• 2.2.3 摩擦理论20-23
• 2.2.4 摩擦的特性23-26
• 2.3 摩擦力数学模型26-28
• 2.3.1 库仑摩擦模型26-27
• 2.3.2 静摩擦和库仑摩擦模型27
• 2.3.3 静摩擦、库仑摩擦和粘滞摩擦模型27-28
• 2.3.4 静摩擦、库仑摩擦、粘滞摩擦和Stribeck摩擦模型28
• 2.3.5 摩擦力数学模型小结28
• 2.4 活塞的爬行分析28-32
• 2.4.1 爬行现象的物理模型28-29
• 2.4.2 活塞爬行的力学过程29-30
• 2.4.3 活塞爬行现象的影响因素30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 活塞式压力补偿器的力学建模与仿真33-44
• 3.1 引言33
• 3.2 补偿器静态工作特性33-40
• 3.2.1 补偿器补偿容积的确定33-36
• 3.2.2 静态力学模型的建立36-37
• 3.2.3 算例分析37-40
• 3.3 补偿器动态工作特性40-43
• 3.3.1 水下环境压力的计算40
• 3.3.2 动态力学模型的建立40-42
• 3.3.3 算例分析42-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第四章 活塞与缸体的非线性接触力学分析44-66
• 4.1 引言44
• 4.2 接触分析44-49
• 4.2.1 接触分析概述44
• 4.2.2 接触问题求解的一般过程44-45
• 4.2.3 接触算法45-46
• 4.2.4 ANSYS软件的接触能力46-47
• 4.2.5 摩擦类型47-49
• 4.3 活塞接触有限元模型的简化49-50
• 4.4 接触的静态分析50-56
• 4.4.1 单元选择及求解设置50-52
• 4.4.2 求解并查看分析结果52-56
• 4.4.3 静态分析小结56
• 4.5 接触的动力学分析56-65
• 4.5.1 模型的建立及参数设置56-57
• 4.5.2 库仑摩擦模型仿真计算结果分析57-62
• 4.5.3 无粘滞摩擦系数的Stribeck摩擦模型62-65
• 4.5.4 动力学分析小结65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 全文总结与展望66-68
• 5.1 全文小结66
• 5.2 研究展望66-68
• 参考文献68-72
• 攻读学位期间发表的论文72

【参考文献】

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本文编号：405633