对Ω环 -螺栓 -法兰密封连接结构的受力状态进行了分析 ,针对Ω环环圈间是否设置辅助垫片的不同情况 ,提出了Ω环和螺栓设计载荷的计算公式 。

依据广义自洽方法,建立了包含芳纶纤维、界面相、橡胶基体和等效介质的代表性体积单元(RVE)模型。采用自定义材料子程序对内聚力疲劳累积损伤模型进行编译,分别在基体/界面相的界面和纤维/界面相的界面设置内聚力单元,研究界面相性能参数对纤维增强橡胶密封复合材料(SFRC)界面疲劳损伤行为的影响。探讨了界面相厚度和模量的确定方法,获得了不同界面相厚度和模量下SFRC界面脱粘起始位置以及脱粘起始疲劳次数。结果表明,较低的界面相模量能够抑制界面脱粘的产生;随着界面相厚度的增加,界面脱粘的起始疲劳次数增加,SFRC抗疲劳损伤能力得到提高。

在纳米尺度下,将纤维表面近似成平面与基质聚合物结合,构建了丁腈橡胶与海泡石纤维、芳纶纤维及碳纤维三种物质的界面结构。采用COMPASS力场、正则系综及周期性单元,设定时间步长为1 fs、模拟温度为320 K,对以丁腈橡胶为基质,芳纶纤维、海泡石及碳纤维分别为填料的界面结合能进行了20 ps的分子动力学模拟计算。结果发现,三种纤维与丁腈橡胶之间的结合能分别为8393.05,1055.23,994.49 kJ/mol,其中海泡石纤维界面结合能中,静电力大小是范德华力的3.2倍,但方向相反。碳纤维与橡胶分子之间的结合能完全为范德华力,这与碳纤维分子完全没有极性相符。芳纶纤维与橡胶分子之间的结合能中,静电力与范德华力同向,其中范德华力的贡献超过80%。

在管道法兰连接中,密封效果与连接结构中垫片的性能密切相关。以非石棉垫片作为研究对象,对不同规格尺寸的垫片进行了泄漏率测试,得到垫片的泄漏率L与预紧应力SG、气体介质压力p和垫片尺寸之间的关系。结果表明,在一定预紧力下,同尺寸垫片的L值随着p的提高而增大,垫片外径越大,L值越高;在相同气体介质压力作用下,同尺寸垫片的L值随SG的提高而降低。对传统泄漏率模型进行改进,改进后的模型与测试结果吻合度更高。对含有缺陷的垫片进行泄漏率测试,获得了缺陷尺寸与L值之间的定量关系。

为研究磁流体润滑螺旋槽机械密封稳态运行时密封环的角变形,推导了外磁场作用下磁流体的黏度公式;基于Muijderman窄槽理论,计算了磁流体润滑螺旋槽机械密封压力场和磁流体膜的开启力,分析了操作参数和螺旋槽结构参数对磁流体膜厚度和密封环角变形的影响。结果表明:磁流体膜厚度和密封环角变形随着转速、密封介质压力、电流、槽深、螺旋角的增大而增大,随着堰槽宽比和槽长比的增大而先增大后减小,随着闭合力的增大而减小。为了得到较高、较稳定的动压效应和较小的密封环角变形,应取槽长比为0.8,槽深为2.5~10.0μm,螺旋角为10°~15°。

针对管道高压工况条件,设计了一种具有自密封性能的镍钛合金双波纹复合垫片并对其进行研究。对自密封垫片结构参数进行优化设计,采用有限元方法研究了波纹数量、波纹幅值、波纹厚度和骨架厚度对垫片压缩回弹性能的影响,并比较了不同介质压力下相同结构参数的自密封垫片和常规波纹复合垫片的密封特性。结果表明,骨架厚度和波纹厚度对垫片回弹性能影响显著,自密封复合垫片最优设计方案为A2B1C1D1。相比于常规波纹复合垫片和双金属自密封波齿垫片,设计的自密封垫片在低介质压力下密封特性显著,在高介质压力下双波纹自密封复合垫片亦具有更好的密封性能。

石油化工泵用机械密封的失效分为早期失效、偶然失效和耗损失效三种，其失效模式符合威布尔分布。给出了机械密封失效模式的威布尔表达式，介绍了采用矩估计法、极大似然估计法和线性回归分析法对机械密封可靠性数据进行参数估计的实用方法，提出了机械密封可靠度及寿命的计算方法。

空气柱是固-液型旋流器流场中的一种特有现象，它对旋流器的分离性能有重要影响。采用流体体积函数模型模拟了空气柱的形成与发展过程，探讨了空气柱形成和发展的机理，分析了空气柱对旋流器溢流比、流场湍流结构、能耗的影响，并采用随机轨道模型分析了空气柱与分级效率的之间的关系。结果表明，空气柱导致旋流器溢流比、湍流强度及能耗增大，分级效率降低。为了降低能耗、提高分离效率应尽可能减小或消除空气柱。

机械密封端面摩擦状态包括干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。端面摩擦状态是决定机械密封工作寿命和密封性能好坏的关键因素。本文探讨了判断机械密封端面摩擦状态的摩擦因数法、工况参数法、Mayer法和相对膜厚法。对GY70型机械密封的端面摩擦状态进行了试验研究。研究表明，当弹簧比压为0．0866MPa、介质压力为0．45MPa、转速在1116～2940r／min范围内时，GY70型机械密封端面间的摩擦状态为边界摩擦。

金属垫片密封是压力容器和管道中常见的密封形式。其失效极少是因强度不足引起的，泄漏是连接系统失效的主要原因。在真实螺栓法兰金属垫片连接结构中。垫片的局部接触应力对螺栓法兰连接结构密封性能的影响较垫片的平均压紧应力更大。笔者在Wafters法的基础上，考虑了操作压力的影响，对法兰变形进行理论分析，推导了法兰偏转角的计算公式。根据法兰偏转角和金属垫片力学性能，提出了金属垫片接触应力分布的解析算法。解析计算得到的平均应力与数值模拟结果较为接近，但垫片外缘的最大应力小于数值模拟值，金属垫片接触应力的解析计算方法可作为一种保守的工程算法，可用于真实螺栓法兰金属垫片连接结构的设计。