高压容器橡胶密封件接触问题
    由于橡胶密封件锥面与顶盖和筒体的锥面初始接触为线接触,无法承受很大的轴向作用力,所以在卡箍锁紧力作用下会产生一定的锥度变形,导致顶盖与橡胶密封件上平面接触,筒体与橡胶密封件下平面接触。 若ANSYS 创建接触对时只考虑上下锥面,忽略上下平面而直接加载荷,由于线接触轴向承载能力极差,模型极不稳定,无法进行正确的计算。 为提高计算收敛性,得到理想的结果,通常的处理方法是在加载前将目标面向接触面进行初始渗透,即将图2中的间隙压平且上下平面也创建接触对,利用橡胶密封件上下平面添加辅助约束,这样就有了足够的承载能力,计算能达到较为理想的结果
    加载计算条件,定义为轴对称,计算初始条件如下: (1) 不考虑顶盖的自重; (2) 筒体下部截取部分加轴向约束;(3) 筒体内壁加气压p1; (4)卡箍上施加压力ps。 卡箍加载压力ps选取依据　由于该密封装置为自锁型,卡箍夹紧力随筒体气压而变化,在只知道筒体内部气压情况下,无法同时确定卡箍的压紧力和橡胶密封件上下锥面压力。 在尽量靠近实际工作情况的前提下,综合考虑ANSYS 的可算性,提出如下方案: (1) 橡胶密封件上下锥面、上下平面和顶盖、筒体共创建4个接触对。 (2) 保证橡胶密封件无论是在高压还是在低压情况下都是靠锥面密封,上下平面没有接触压力或是极小。 即在各种不同工况下,用ANSYS 分别试算0。55 mm 被压平时卡箍上的压力,该压力要比筒体内气压要稍大。
    橡胶密封件上锥面接触压力分布趋势:无论在何种气体压力状态下,都是节点1即初始线接触点的下面一点承受的压图4　接触压力图5　综合应力曲线图图6　径向变形曲线图力大;参与接触的各节点都是随着筒体内部的压力的增大而增大。 在超高压时上锥面上的2,3节点也参与了接触,锥面的接触由线接触变为小环面接触。2)综合应力　由图5可见,橡胶密封件上锥面应力随着筒体内部压力的增大而增大,节点1和上锥面与上平面圆角处有应力集中; 在同一工作条件下: 低压时,橡胶密封件锥面应力由上到下依次增加;高压时,先增加后减小,然后一直增加,在橡胶密封件上锥面与上平面圆角处大,达到1000 MPa以上,因此对材料要求比较高。3)径向变形　如图6所示,橡胶密封件在低压时,锥面的变形都为负,这是因为卡箍锁紧力大,筒内气压较小,不足以使橡胶密封件沿径向外膨胀。 高压时,橡胶密封件上锥面上部分的节点变形量为负,下部分的节点为正,这表明橡胶密封件的内环面凹进,接触面积变大。
    超高压橡胶密封件受到强挤压时,橡胶密封件材料易产生大塑性变形而丧失弹性,使密封性能急剧下降,导致橡胶密封件重复使用率低,所以选材时应参考ANSYS 算出的大综合应力,综合多方面因素后确定。橡胶密封件的加工务必保持锥面的整体一致性,避免接触面出现局部大的凹凸变形。超高压密封容器工作压力波动大,瞬时温升高,易导致橡胶密封件塑性流变加剧,造成大变形,甚至局部产生裂纹。同时由于气压载荷周期性循环变化,橡胶密封件上下接触表面容易出现磨损甚至疲劳。
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