为研究水下井口头系统密封总成与套管悬挂器外壁接触应力的变化规律,以密封体内凸缘为研究对象,在密封机理分析的基础上,建立了密封总成安装力学模型,分析了驱动套筒位移载荷、环槽宽度和过盈量对接触应力的影响规律。分析结果表明在内凸缘半径一定时,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力与挤压力有关,驱动套筒位移载荷、环槽宽度和过盈量都会对挤压力产生影响,通过调整三者参数的大小,内凸缘接触应力也会随之发生变化;在环槽宽度为定值的条件下,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力随着位移载荷的增大而增大;位移载荷在10~22 mm时,接触应力随着过盈量的增大而逐渐增大;在过盈量为定值的条件下,内凸缘与套管悬挂器外壁的接触应力随位移载荷的增大而增大,但增幅逐渐减小。所得结果可为水下井口头系统密封总成的结构设计与研究提供理论

本文建立法兰垫片连接的简化三维模型,通过Workbench对密封垫片进行有限元模拟仿真,得出在某一位移载荷下垫片的压缩回弹性曲线,观察垫片在加载和卸载时所受压力变化,为垫片分析及设计提供依据,减少试验成本。

橡胶密封件是航空航天设备的关键部件,橡胶材料的黏弹性对橡胶密封圈密封性能有重要影响。对橡胶密封圈进行瞬态动力学分析,利用参数化语言施加位移载荷,模拟橡胶密封结构的压缩追随性能,并在此基础上研究了橡胶密封圈的截面直径、间隙张开量、间隙张开时间、截面形状对密封圈密封性能的影响。通过观察密封圈上表面的接触压力随时间的变化,探索基于材料黏弹性,振动工况下异形密封圈的设计依据。研究结果表明,增大密封圈截面直径,会使密封圈密封面接触压力增大,追随间隙波动能力增强,从而改善密封性能;通过比较不同截面直径、不同回弹时间和不同回弹量下两种密封圈的最大接触压力σmax,可知X形圈的最大接触压力σmax均高于O形圈,密封性能优于O形圈。另外,具体结构的振动频率及振动幅值(即回弹时间和回弹量)会对密封性能有重要影响。

为探究驱动套筒位移载荷对密封体外凸缘接触应力的影响,构建密封总成力学模型,采用该模型可以直观地描述密封总成的受力情况。利用ANSYS有限元分析软件,研究不同位移载荷对密封总成外凸缘接触应力的影响。研究结果表明:当环槽宽度、外凸缘半径不变时,接触应力随着过盈量的增大而增大;当环槽宽度、过盈量不变,外凸缘半径为3.5 mm时,接触应力达到最小值;在相同外凸缘半径条件下,接触应力随着位移载荷的增大而增大,且增幅有上升的趋势;外凸缘半径、过盈量不变时,接触应力随着环槽宽度的增大逐渐减小,减幅相对较小;环槽宽度相同时,接触应力随位移载荷的增大而均匀增大。研究结果可为密封总成结构的设计和位移载荷的确定提供理论指导。