对于封隔器等水下设备,胶筒的密封性能极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。在胶筒受到过大的轴向行程时,会出现肩突,从而导致密封失效。为防止出现肩突,文中定义一个新的参数,防肩突变量。在利用有限元软件进行压缩胶筒的仿真过程中,当防肩突变量不小于0时,则胶筒不会发生肩突。文中提出的防肩突变量对橡胶和类似密封件的有限元仿真研究有重要的理论意义。

针对恶劣环境下卡爪式水下连接器工作可靠性问题,对连接器的环境外压密封性能进行研究。通过对现有连接器金属密封圈上O形密封圈沟槽进行分析,指出原标准密封槽的改进方向,即对O形密封圈提供很好固定且有一定容纳空间。在现有标准密封槽基础上,提出一种特殊密封面O形圈非标密封槽结构,根据设计的沟槽参数,对O形圈的密封性能进行理论计算,验证了非标沟槽的可行性。最后对具有非标密封槽的金属密封圈进行外密封性能试验研究,验证了该非标密封槽在正常工作环境及恶劣工作环境下的外密封性能。

为提高铁路水冷系统管道连接速度,提高其可靠性与密封压力,设计了一种基于金属密封的管道接头.建立参数化模型,利用响应面分析与多目标遗传算法,建立了密封环接触应力、接头公头最大结构应力以及驱动环推动力的响应面模型.利用多目标遗传算法对其进行优化,得到最优解.仿真优化最优解比原参数对应的模型密封环接触应力增大了1.52%,公头最大结构应力减小了30.3%,驱动环推动力减小了33.1%,连接性能有了很大的改善.

水下卡箍连接器金属密封圈的结构对密封性能影响很大。为得到最优的密封圈结构尺寸,通过有限元静力学分析及优化模块,分析金属密封圈所受的接触应力与结构参数之间的关系。结构优化以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,并使用响应面方法对其进行优化,得到多目标优化下密封圈最佳的尺寸组合。结果表明:在法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度4个参数中,法兰锥面倾角对密封圈所需轴向力影响最大,角度越小,密封圈所需要的轴向力越小;优化后的密封圈在同样接触应力时,最大等效应力降低7.7%,法兰轴向力降低37.3%。可见在密封相同压力下,优化后密封圈需要的轴向力更小,因而使用寿命更长...

胶筒的密封性能对于封隔器等水下设备来说极为重要,而胶筒的截面形状是影响胶筒密封性能的重要因素之一。一般来说,胶筒的上端与下端受到的约束条件并不相同,并且在密封性能方面,胶筒上端接触压力更大,且胶筒的各个结构参数相互影响。因此建立综合考虑胶筒上端厚度与倒角角度的二维数值模型,以外筒内侧受到的应力为优化目标,引入防肩突变量作为防止肩突发生的约束条件,利用响应面优化方法结合多目标遗传算法,对胶筒的端面厚度和角度进行优化。结果表明:在有限元仿真中,防肩突变量可有效地反映出胶筒在挤压过程中是否出现的肩突情况;在优化过程中加入防肩突变量进行约束,可避免得到产生肩突的胶筒结构参数值。优化得到了胶筒上端厚度比下端厚度大的胶筒截面结构,其密封性能比传统的胶筒截面结构更有优势。提出的不对称胶筒截...

一种可以实现水下连接角度补偿的球形法兰连接器采用O形圈作为主要的密封元件,位于球面上的密封槽通过影响O形圈的伸长率和压缩率来实现密封效果。槽宽b与槽深h是密封沟槽的主要尺寸,在满足球面沟槽设计准则的前提下,对O形圈球面密封沟槽的尺寸进行了设计计算。基于标准沟槽与球面沟槽体积大小一致的原则,确定了球面密封槽的具体尺寸。密封圈沟槽的尺寸设计主要改变了O形圈的压缩率大小。通过研究压缩率对O形圈密封效果的影响可以确定,17.6%左右的压缩率能够使密封圈的密封效果达到最佳。

为了使钢管对接操作方便简单,降低误差,本文设计了由液压驱动的校圆工具。通过卡爪卡住钢管管口移动,使得钢管管口发生形变完成校圆工作。校圆工具提供足够大的压紧力,使调直校圆工作可以针对所有系列钢管。利用有限元模拟加载分析出所需的最大压紧力,对模型进行等效简化和莫尔积分法的计算方法对模拟结果进行验证。研究结果表明:显示仿真和理论计算拟合程度较高,该校圆工具提供的压紧力应大于4.0×105 N才能对所有系列钢管进行组对校圆;利用得出的压紧力对校圆工具的卡爪进行强度校核,选取的材料Cr40强度满足要求。