常溫和超低溫橡膠金屬復(fù)合密封機(jī)構(gòu)的有限元分析與優(yōu)化.pdf

1、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)對密封機(jī)構(gòu)的密封安全性和可靠性要求很高。本課題所研究的橡膠金屬復(fù)合密封機(jī)構(gòu),是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的一種特殊的密封機(jī)構(gòu),其長期工作在復(fù)雜的環(huán)境下。此密封機(jī)構(gòu)質(zhì)量的好壞,將直接影響整個(gè)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。因此對其進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)分析,并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),能大大提高火箭整體的安全性和可靠性,具有重要的意義。本文首先介紹了國內(nèi)外密封機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中有限元方法的應(yīng)用現(xiàn)狀。詳細(xì)研究了橡膠材料的復(fù)雜特性,并給出了橡膠材料的超彈性理論和橡膠的本構(gòu)關(guān)

2、系。通過實(shí)驗(yàn)方法獲得了本課題中橡膠材料Mooney-Rivlin本構(gòu)模型的基本參數(shù)。為后續(xù)的有限元模擬研究提供了橡膠的力學(xué)特性。本文針對橡膠金屬復(fù)合密封機(jī)構(gòu)的特點(diǎn),提出了此特殊密封機(jī)構(gòu)的失效判據(jù)。通過對該密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬,獲得了其在常溫(20℃)和低溫(-196℃)兩種工作狀態(tài)下的多種應(yīng)力場分部、位移場分布及變形情況,以此來判斷其密封的安全性和可靠性。并在此基礎(chǔ)上,確定了此密封機(jī)構(gòu)中的高應(yīng)力分布區(qū),為其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和優(yōu)化打下基礎(chǔ)

3、。本文對橡膠金屬復(fù)合密封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬,得出了各結(jié)構(gòu)參數(shù)對密封機(jī)構(gòu)密封性能的影響規(guī)律。并在此基礎(chǔ)上根據(jù)重量最小的原則,對此密封機(jī)構(gòu)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),得出了最優(yōu)解。優(yōu)化后復(fù)合密封機(jī)構(gòu)的密封性能和使用壽命大為改善。最后本文分析了橡膠金屬復(fù)合密封機(jī)構(gòu)的主要失效形式以及影響因素。重點(diǎn)研究了工作溫度、摩擦系數(shù)和加工、安裝精度對此密封機(jī)構(gòu)失效的影響規(guī)律。為橡膠金屬復(fù)合密封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),提供了全面的資料和依據(jù),同時(shí)也為其他密封結(jié)構(gòu)