液態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)密封的可靠性要求很高,其密封性能的好壞將直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。本文研究的組合密封結(jié)構(gòu)是某型號(hào)液態(tài)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)上的動(dòng)密封裝置,其由一個(gè)聚四氟乙烯滑環(huán)和一個(gè)橡膠O形圈組成,要求在常溫20℃到低溫-40℃的范圍內(nèi)均能保持良好的靜、動(dòng)密封。對(duì)此組合密封結(jié)構(gòu)在不同工作環(huán)境下的各種工作狀態(tài)進(jìn)行有限元模擬研究,可以全面分析此密封結(jié)構(gòu)的密封性能,發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),提高密封可靠性,具有重要的意義。 本文首先分析了聚四氟乙烯和橡膠的材料特性,由于橡膠的力學(xué)行為不能像金屬材料一樣簡(jiǎn)單地用彈性模量來(lái)描述,本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得了丁腈橡膠在常溫(20℃)和低溫(-40℃)下的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù),并利用ANSYS軟件擬合得到了此橡膠在常溫和低溫下的本構(gòu)方程。 建立了組合密封結(jié)構(gòu)的有限元模型,分別對(duì)常溫和低溫兩種環(huán)境下,組合密封結(jié)構(gòu)的靜止工作狀態(tài)、往復(fù)工作狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬研究,獲得了應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)分布及變形情況,全面分析了組合密封結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境、不同工況下的靜、動(dòng)密封性能。 利用流體動(dòng)力學(xué)理論,結(jié)合有限元模擬結(jié)果,計(jì)算出動(dòng)態(tài)油膜厚度,與經(jīng)驗(yàn)值吻合的很好;由作圖法計(jì)算出接觸區(qū)域各點(diǎn)處的油膜厚度,并繪制了油膜分布曲線;從理論上分析了泄漏量的影響因素,為提高密封的可靠性提供了指導(dǎo)。 對(duì)影響本文密封結(jié)構(gòu)密封性能的工況參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬研究,找出了工作壓力、預(yù)壓縮量、唇前角、唇后角、滑環(huán)厚度、唇口偏移量等參數(shù)對(duì)密封性能的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上對(duì)此密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,得到了最優(yōu)解。 最后分析了組合密封結(jié)構(gòu)的主要失效形式以及影響因素,重點(diǎn)研究了摩擦系數(shù)、加工精度、工作溫度等對(duì)此密封結(jié)構(gòu)失效的影響規(guī)律,為此類(lèi)組合密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2008
【中圖分類(lèi)】：TH136
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文第2章 密封材料及實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)試種密封材料的性能，是正確設(shè)計(jì)、使用密封件的首要問(wèn)題，密封結(jié)構(gòu)中的聚四氟乙烯和橡膠的材料特性，并獲取丁腈橡，為以后的有限元分析打下基礎(chǔ)。氟乙烯材料特性四氟乙烯的結(jié)構(gòu)和特性乙烯(PTFE，Polytetrafluoroethylene)是分子量極高、高結(jié)晶其分子構(gòu)形如圖 2-1 所示。PTFE 分子的主鏈由 C-C 鍵構(gòu)成氟原子取代，即形成了 C-F 鍵，此鍵的結(jié)合能很大。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文型，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況選用其中之一。通常查不到超彈性材ey-Rivlin常數(shù)，因此必須通過(guò)材料的力學(xué)性能實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)確定這對(duì)超彈材料來(lái)說(shuō)，需要形如單軸拉伸、單軸壓縮、平面剪切等多來(lái)充分定義其力學(xué)行為[48]。以下通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法獲得丁腈橡膠的軸壓縮和平面剪切三種力學(xué)行為的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)，為丁腈橡膠的擬合打下基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)測(cè)試及數(shù)據(jù)處理 單軸拉伸軸拉伸按照 GB/T 528-92《硫化橡膠和熱塑橡膠拉伸性能的測(cè)定驗(yàn)獲得。實(shí)驗(yàn)所用試樣見(jiàn)圖 2-2 所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文如圖2-3所示，尺寸為：寬W=50mm、長(zhǎng)L=80mm、厚S=2±0.2mm。圖 2-3 剪切試樣Fig.2-3 The shearing sample實(shí)驗(yàn)溫度為 20℃和-40℃，實(shí)驗(yàn)速率為 V=25mm/min，兩種溫度各取 5 個(gè)試件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，在兩種溫度下的工程應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)見(jiàn)表 2-5，表 2-6 所示。表 2-5 常溫 20℃平面剪切數(shù)據(jù)Table 2-5 Date of shear testing at 20℃序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10應(yīng)力(MPa) 0 0.06 0.20 0.52 0.61 0.79 1.07 1.53 1.99 2.45應(yīng)變 0 0.03 0.06 0.09 0.10 0.12 0.14 0.18 0.23 0.27序號(hào) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20應(yīng)力(MPa) 2.89 3.49 4.03 4.46 5.33 6.12 6.99 7.98 9.33 10.62應(yīng)變 0.31 0.36 0.40 0.44 0.48 0.53 0.57 0.61 0.66 0.71表 2-6 低溫-40℃平面剪切數(shù)據(jù)Table 2-6 Date of shear testing at -40℃序號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10應(yīng)力(MPa) 0 -0.53 -1.16 -1.83 -2.55 -3.46 -4.65 -6.02 -7.48 -8.95應(yīng)變 0 -0.05 -0.12 -0.19 -0.25 -0.31 -0.37 -0.44 -0.50 -0.56序號(hào) 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20應(yīng)力(MPa) -10.34 -11.68 -13.22 -14.95 -16.78 -18.67 -22.57 -22.27 -23.68 -24.63應(yīng)變 -0.63 -0.69 -0.75 -0.81 -0.88 -0.94 -1.00 -1.06 -1.12 -1.182.3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理利用實(shí)驗(yàn)獲得的橡膠材料的單軸拉伸、單軸壓縮和平面剪切數(shù)據(jù)，通過(guò)有限元軟件，擬合得到不同階次的Mooney-Rivlin常數(shù)。一般情況下

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