T型槽密封结构的有限元分析及试验验证

目的通过有限元分析,实现T型密封结构的优化设计。方法利用ABAQUS建立液压系统用T型槽密封结构的二维轴对称模型,分析计算密封结构中过渡圆角、槽宽、倾斜角度等对密封圈应力分布、接触应力的影响,通过设计密封圈老化寿命试验,验证分析结论。结果随着过渡圆角(R0.5～R2)的增大、倾斜角度(10°～3°)的减小,密封圈的局部应力最大值和接触应力均减小。随着槽宽(10～18mm)的增加,密封圈的局部应力最大值逐渐增加,接触应力逐渐减小。分析用密封结构的接触应力均大于密封介质压力0.7 MPa。最终通过试验证实了分析用密封结构均满足密封性能,且不合理的设计会降低密封圈寿命。结论在密封介质压力较小的情况下,建议选用较大的过渡圆角(推荐值为R2),较小的倾斜角度(推荐值为5°～6°)及槽宽(推荐值为密封圈截面直径的1.2～1.5倍)。     

基于循环冲击加速试验的某O型橡胶密封圈寿命评估方法

目的 快速准确评估温度循环条件下某O型橡胶密封圈的贮存寿命。方法 模拟O型橡胶密封圈真实受压状况,设计专用夹具,在4个应力条件下开展温度循环冲击加速寿命试验,获得密封圈退化数据,分析并获得密封圈伪失效寿命,构建修正Coffin-Manson模型,并利用不同试验条件下得到的伪失效寿命数据对模型进行参数估计,获得Coffin-Manson寿命预估模型,外推常温条件下密封圈的贮存寿命。结果 通过试验表明,指数模型相比对数模型与线性模型能更准确描述密封圈的退化情况,经Coffin-Manson模型评估,该O型橡胶密封圈常温条件下的贮存寿命为6.13 a,与工程经验数据吻合。结论 所提出的基于循环冲击加速试验的O型橡胶密封圈寿命评估方法可以准确评估密封圈的贮存寿命,大大缩短试验周期,节省寿命评估试验时间和成本,为密封器件的寿命评估提供了参考。     

高原装备驾驶室的密封性要求及技术应用

对驾驶室密封性的定义进行了一般性解释,并且根据高原动力装备的特殊使用环境,按国军标要求系统提出了高原装备驾驶室的密封性定性定量要求(含指标体系),最后根据驾驶室典型的密封方式阐述了具体的工程技术措施和手段,主要包括驾驶室结构焊缝和对接焊缝的密封、操纵杆件及过线孔处的密封、风窗玻璃及车门的密封、隔音降噪材料的应用等,通过这些措施,可规范(指导)驾驶室的密封性设计。     

智能巡检机器人在自然环境试验中的应用探讨

目的 探索建立自然环境试验智能巡检系统,使用机器人替代部分人工巡检工作。方法 通过分析巡检作业环境和巡检任务,确定智能巡检机器人的功能要求和技术参数,进而开展机器人本体结构设计,融合控制后台、远程数据库等设备,实现智能巡检系统构建。结果 开展了智能巡检数据采集的使用验证,巡检机器人采集的样品图像对焦清晰、分辨率高,样品在图像中的位置大小合理,腐蚀特征展示清楚。巡检系统可对样品图像进行自动分割和智能识别,对蚀点、流痕等损伤特征识别准确,精度可达0.1%。结论 智能巡检系统可以满足自然环境试验的巡检要求,替代人工完成部分巡检工作,智能巡检数据便于入库和使用挖掘,对于自然环境试验的数字化转型有积极的推动作用。     

表面纳米化对锆合金微动腐蚀行为的影响

目的 研究N36锆合金表面纳米化层的形貌和微观结构,分析表面纳米化层的微动腐蚀机理。方法 采用超声表面滚压技术(USRP)对锆合金进行表面纳米化处理,研究不同滚压速度对表面纳米化层形貌、相组成、粗糙度、显微硬度、电化学腐蚀和微动腐蚀行为的影响。结果 USRP处理后,锆合金表面有明显的塑性变形痕迹,致使锆合金表面发生加工硬化,提高了表面的硬度。锆合金的腐蚀电流密度相较于基体更低,最大磨损深度和磨损率均低于基体。结论 USRP处理后的锆合金晶粒细化、晶界增多,提高了锆合金的表面活性,有利于钝化膜的形成。锆合金的磨损机理为氧化磨损和磨粒磨损的共同作用。     

用于直升机舱内降噪的主减支撑吸振技术研究

目的 通过控制主减速器结构声,进一步实现直升机舱内降噪。方法 在主减支撑结构上进行吸振设计,从根源上抑制齿轮振动向机身传播。基于某直升机,利用传递矩阵法,建立支撑结构/吸振器的动力学模型,进一步结合有限元法建立支撑结构/舱段结构/声场的声振耦合系统动力学模型,验证该技术的中高频减振和降噪性能。在此基础上,分析吸振频率、质量和阻尼对支撑结构振动传递特性的影响规律。根据某直升机的降噪需求,设计得到一组满足需求的样例参数,并开展声振耦合仿真分析。结果 在主减支撑结构上附加总质量为4 kg的吸振器结构,即可实现舱内目标频率降噪超过35 dB。结论 主减支撑结构吸振设计可有效控制舱内中高频主减结构声。     

FX-4氟橡胶的老化行为研究

目的 研究FX-4氟橡胶在不同工况条件下的老化行为,为工程实践中科学评估装备使用寿命提供依据。方法 基于某装备对FX-4氟橡胶材料的使用要求,设计5种模拟工作状态条件的老化试验,通过观测样品外观形貌、力学、化学结构、打压密封等性能变化,研究FX-4氟橡胶在不同温度、不同介质和不同应变作用下的老化行为。结果 经过9 000 h老化试验,FX-4氟橡胶的压缩永久变形表现出明显增加的趋势,且增长速率呈现出先增大、再放缓、随后再次增大的变化规律。分解温度由508 ℃提升为520 ℃左右,表面结晶度和内部结晶度由61.7%分别下降为37%和48%左右,表明老化损伤由样品表面逐渐向内部扩展。分子结构没有发生根本改变,打压密封功能良好。结论 经过9 000 h老化试验后,FX-4氟橡胶出现不同程度的性能老化,但仍具备良好的密封性能,可正常使用。     

火工品温湿度双应力加速寿命试验方法研究

目的 获取火工品温湿度加速系数,建立温湿度双因素加速寿命试验方法。方法 通过设计3种火工品不同温湿度加速条件下的加速寿命试验,定期取样进行性能测试,利用获取的性能数据和选定的温湿度加速模型,计算3种火工品的温湿度加速系数和湿度项反应速率常数,确定温湿度加速模型公式。结果 获取了3种火工品的温湿度加速系数和湿度项模型参数,初步建立了火工品温湿度双因素加速寿命试验方法,并对下一步研究方向进行了展望。结论 建立的火工品温湿度双因素加速寿命试验方法可由高温高湿加速试验时间外推常温常湿贮存时间,适用于自身密封性差或密封失效,且贮存环境湿度大的火工品的寿命预测。     

直升机尾部结构疲劳及缺陷容限试验装置研制及应用

目的 获得尾部结构的疲劳寿命和检查周期,满足民用直升机适航验证要求,保证飞机的飞行安全,开展复合材料尾部结构疲劳及缺陷容限试验技术研究。方法 介绍了尾部结构疲劳及缺陷容限试验专用试验台、气动冲击设备、柔性自动特征扫描成像无损检测系统等的设计及研制,采用研制的成套试验装置,实现尾部结构试验件连接约束和载荷边界的全面真实模拟、复杂载荷谱的精确控制、冲击损伤缺陷预制及缺陷自动识别与检测。结果 经试验验证,载荷误差小于2%,冲击能量误差小于2%,缺陷检测误差小于1 mm,各项指标都满足项目研究目标和技术指标要求。结论 研究成果在民用直升机研制中得到了成功应用,可为后续其他直升机尾部结构疲劳及缺陷容限疲劳试验提供良好的借鉴,具有重要的工程应用价值。     

空间站高温材料科学实验系统真空室设计与分析

中国空间站高温材料科学实验系统能够在轨进行多种材料的微重力高温加热实验，其关键组件真空室是可实现密封的压力容器，为实验插件提供机械、真空、氮气、废气排放、供电、控制、冷却等接口，支持实验插件完成相关功能。本文依据承压范围、漏率等设计技术指标进行真空室的结构设计和力学分析。真空室采用分段式结构，由方形真空室、密封门、圆形真空室、安装支架等组件依次连接组成，连接结构处使用密封圈。通过真空室的承压分析、模态分析、随机响应分析和力学试验，校核了真空室的强度、刚度及随机振动响应特性，验证了真空室设计的安全性和可靠性，其能够满足发射及在轨工作要求。     

水下载荷对垂直发射潜航器结构影响仿真研究

目的研究水下载荷对垂直发射潜航器结构的影响。方法采用流体分析软件计算潜航器周围的压力场分布,利用有限元分析软件建立水下潜航器有限元模型,将计算得到的压力场加载到潜航器有限元模型后,仿真计算潜航器在水中向上运动不同时刻的应力和变形。结果随着潜航器的上升,水对弹的轴压影响逐渐减小,潜航器的弯矩和剪切力越来越大。随着潜航器向上运动,其加速度和速度变小,水对潜航器的压力载荷也变小。潜航器发射后,尾部虽然已经不承受发射载荷,但是随着这个载荷的消失,头部的变形逐渐减小。结论由于存在攻角,潜航器在铅垂和水平方向亦有力的分量,从而使潜航器受到的水下载荷更为复杂。     

某船用唇形密封失效因素试验及仿真模拟研究

目的 针对船用唇形密封使用过程中的唇口破坏问题,研究唇形密封失效影响因素及唇形密封应力、位移、接触压力分布特性。方法 模拟实船齿轮箱输入结构搭建试验台,进行密封失效因素分析,并利用有限元分析软件建立旋转唇形密封的二维轴对称模型,分析过盈量及橡胶本体材料参数对唇形密封应力、位移、唇尖接触压力分布的影响。结果 除密封材料及密封接触应力因素不确定外,其他所列因素几乎均未发生泄漏,因此进一步对不同材料及接触特性进行有限元分析。研究表明,3种材料中,2号材料的Von Mises应力值最大,且不管何种材料,随着过盈量增加,唇尖应力沿着参考线先增大后、逐渐减小、再增大,并呈现非对称分布,过盈量超过0.4 mm时,唇形密封的最大应力出现在骨架与橡胶本体接触圆角处。随着过盈量的增加,3种材料唇尖最大接触压力的变化趋势不同,最大Von Mises 接触应力逐渐增大,且过盈量在0.6 mm之后增速较快,唇尖接触线位置接触压力先减小、后逐渐增大,拐点在接触线位置0.25~0.3 mm处。结论 油温、油压、安装方式、偏心量、转速对于唇形密封失效的影响较小。材料属性与过盈量都会引起唇形密封Von Mises应力及唇尖接触压力发生较大变化,只是影响应力峰值大小不同,材料属性对于唇形密封本体位移的影响较小,过盈量会引起位移较大变化,且会引起最大应力位置变化,同时接触线接触应力与接触压力大小没有相关性。对于唇形密封安装来说,在过盈量为0.8 mm左右时较为合理。     

水下航行器复合材料耐压壳优选设计研究

目的 提升水下航行器潜深,将复合材料代替高强度钢材料用于水下航行器的耐压结构,对该结构开展优选设计研究,探究其提升耐压壳的极限潜深与降低结构质量的能力。方法 采用分步选优的设计方法对复合材料耐压壳体进行优选。在进行耐压壳体的优选时,考虑铺层百分比、角度、厚度对壳体的稳定性和极限载荷的影响。在进行环肋形式的优选时,从肋骨受力情况出发,考虑肋骨铺层形式对于稳定性的影响。结果 在耐压壳厚度相同的情况下,通过壳体铺层优选,复合材料耐压壳体的失稳压力提升在56.06%以上。在进行肋骨优选后,极限潜深相较于“海狼”级潜艇提升约26.67%,且复合材料耐压壳相较于高强度钢耐压壳质量减轻在80%左右。结论 通过分步优选的方法,可以得到该水下航行器耐压壳的主壳体铺层形式为[0/±45/0/0/±45/0/90/0]s,单层厚度为1.5 mm。环肋形式为T形,环肋面板与腹板均采用环向铺设。     

密封组合形式对结构密封性能影响研究

目的研究密封组合形式对结构密封性能的影响。方法开展密封性能试验,从密封形式、装配形式和涂覆形式的3种组合形式开展试验研究,找出结构密封性能影响因素,筛选密封最优组合形式。结果结构密封3种组成形式分别为有无贴合面的密封形式,干涉装配、湿装配形式,部分涂覆、全涂覆形式。开展2种应力水平下8种密封组合形式的密封性能试验,在保证密封工艺质量条件下,按照飞机结构和受载特点选取合理密封组合形式能有效提高结构密封性能。结论在飞机应力较高、不常拆的密封部位应选择贴合面密封、干涉装配、部分涂覆的密封组合形式,在飞机结构设计要求间隙装配、常拆卸的密封部位选择贴合面密封、湿装配、部分涂覆的密封组合形式。     

核电厂换料水池底部密封结构密封元件的性能分析

目的研究某核电厂换料水池底部密封结构中密封元件的性能。方法利用有限元分析软件ANSYS,采用超弹单元建立换料水池底部密封结构密封元件的二维轴对称模型,并运用接触单元模拟密封接触界面进行计算分析。结果经计算得到换料水池底部密封结构密封元件的预紧力-变形量曲线。结论计算结果为分析换料水池底部密封结构密封试验的泄漏原因提供了理论依据,同时也为工程中密封元件预紧力的确定提供了较有价值的参考。     

核电厂密封段加速寿命试验研究

堆芯中子注量率测量系统是30万千瓦核电厂监测系统的重要组成部分之一。该系统中的密封段要在工作温度不大于100℃、设计压力为17.16 MPa条件下满足长期密封要求。根据Arrhenius定律及《机械密封试验方法》,计算出了保证密封段正常工作5 a不泄漏需在240℃条件下进行加速寿命试验所需的试验时间。同时还制定了密封段加速寿命试验方案并进行了加速寿命试验,对试验测量参数进行了分析。分析结果表明密封段满足正常工作5 a不泄漏的要求。密封段加速寿命试验是密封段型式试验的重要步骤,还可作为其它密封设备加速寿命试验的参考。     

海洋水下滑翔机浮力调节系统的设计与实验

目的提高海洋滑翔机浮力调节系统的可靠性,进一步降低系统功耗,设计气压与液压结合的低功耗浮力调节系统。方法基于理论分析确定系统的体积控制量,设计气压调节模块以保证高压油泵的正常工作与回油的顺利进行。利用有限元方法分析承压管路的可靠性,通过实验测试,验证浮力系统的响应性能。结果浮力系统的排油效率随着外压的增大而减小,2MPa的压力会使出油率降低3%左右,同时功耗增加50%左右。在大气压力环境下,依靠系统内负压,400 s即可完成回油600 mL,完成上浮到下潜的转换。结论设计的浮力调节系统的气压调节装置能以较低的功耗保障主泵的正常工作,同时保障回油过程的通畅,满足海洋滑翔机对浮力调节的要求,可以应用于一般海洋深度的水下滑翔机。     

基于温度循环失效机理的铝制金属密封圈疲劳寿命仿真

目的解决真空法兰密封中的金属密封圈寿命难以预测的问题。方法基于金属密封圈的失效机理,提出一种疲劳仿真方法,对金属密封圈的使用寿命进行有效预测。通过有限元仿真方法对金属密封圈安装过程及其使用过程进行仿真模拟,得到金属密封圈使用过程的应力分布,然后结合Conffin-Manson疲劳模型,对金属密封圈的使用寿命进行疲劳仿真,最后设计加速寿命试验,对其仿真结果进行验证。结果疲劳仿真所得的金属密封圈使用疲劳寿命为26915次温度循环,加速寿命试验结果为28401次温度循环,仿真误差为5.23%。结论构建的安装过程和疲劳仿真模型与实际相符。     

军事电子装备的三防设计

作为军事电子装备研制任务的重要组成部分,三防设计的目的就是赋予装备优异的整机防护性能以适应各种恶劣环境。文中从合理选用耐蚀金属材料、非金属材料;合理的结构整体热设计、合理的焊缝结构、适宜涂镀的表面结构形式、防止电偶腐蚀的结构形式等;合理的工艺防护措施,如表面处理、灌封处理、绝缘处理、防霉处理、包装防护等;以及密封、通风、除湿、遮蔽等方式控制环境4个方面阐述了军事电子装备三防设计的具体方法,最后对我国军事电子装备研制体制提出了看法。