機械密封焊接金屬波紋管波片力學性能分析及結構優(yōu)化.pdf

1、焊接波紋管機械密封主要用于煉油廠熱油泵的軸封。利用金屬波紋管代替了彈簧和輔助密封圈，解決了高溫下輔助密封的問題。焊接金屬波紋管不僅起著補償及緩沖因動磨損、軸向串動及振動等原因產(chǎn)生的軸向位移，而且靠本身的彈力與密封介質(zhì)壓力一起對密封端面施加一定的比壓，以起到密封的作用。波紋管波片高溫下的失效在通常情況下均為波片失彈和疲勞破壞，因而許多國內(nèi)外學者致力于波片應變、應力和壽命的分析，用傳統(tǒng)的材料力學方法和現(xiàn)代設計方法(有限元法和優(yōu)化設計)計算波

2、片的應力及壽命的估算。 首先本文基于實際生產(chǎn)使用的波紋管波片作為研究對象，通過對波片的受力分析，建立了力學模型，并運用ANSYS有限元軟件對其進行靜態(tài)應力計算，分別得出由軸向變形力，薄膜應力和離心應力三種靜態(tài)應力組合的總應力及其應力的結構變形圖、節(jié)點應力分布圖及最大應力點的數(shù)值和位置。結果表明，波紋管的應力主要由軸向位移載荷引起的，因此應嚴格控制波紋管壓縮量的大小，此外也可以通過增加最大應力點所在圓弧的曲率半徑來減小最大應力等有

3、效措施。 其次實踐證明波紋管波片由于在高轉(zhuǎn)速工況下產(chǎn)生軸向振動力，在此力的作用下表現(xiàn)的失效形式一般為波片失彈和疲勞破壞，故文中運用ANSYS有限元程序的瞬態(tài)動力學FULL分析法計算了由軸向振動引起的最大動應力的大小及位置并分析了振動量與最大動應力之間的關系，由此得到可以通過減小振動量來減小動應力，提高波片的使用壽命。 基于上述所得的組合靜應力和瞬態(tài)動應力的分析結果，本文依據(jù)疲勞裂紋形成壽命計算的局部應力-應變法對波片的疲