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基于球墨铸铁管型式试验机的端部密封性能分析 张伟 安徽工业大学机械工程学院 X 关注成功！ 加关注后您将方便地在 我的关注中得到本文献的被引频次变化的通知！ 新浪微博 腾讯微博 人人网 开心网 豆瓣网 网易微博 摘????要： 球墨铸铁管型式试验机是一台用来检测球墨管承压能力和密封性能的重要设备, 其端部的密封性能一直是试验机的技术核心。文中使用O型圈为密封件, 利用有限元软件建立端部密封二维结构, 分析在不同过盈量下和不同水压下O型圈的密封性能。 关键词： 球墨铸铁管; 密封性能; O型圈; 有限元; 作者简介：张伟 (1991—) , 男, 硕士研究生, 研究方向为机械CAD与CAE。 收稿日期：2017-03-11 Performance Analysis of End Sealing Based on the Ductile Iron Pipe Type Test Machine ZHANG Wei School of Mechanical Engineering, Anhui University of Technology; Abstract： Ductile iron pipe type test machine is an equipment for detecting ductile pipe bearing capacity and sealing performance of the important equipment. Performance analysis of end sealing is the core technology of this test machine. This paper uses the O-ring as sealing. Finite element software is used to establish two-dimensional structure of the end seal. Seal performance of O-ring is analyzed under the different interference quantity and different water pressure. Keyword： ductile iron pipe; sealing; O-ring; finite element; Received： 2017-03-11 0 引言 本文用于测试的球墨铸铁管的管径在40~600 mm, 管长1000 mm。以此为条件确定端部密封形式、密封件和密封件的材料, 分别为径向密封、O型圈和聚氨酯。 1 有限元分析准备 选取公称直径分别为100 mm、200 mm、400 mm、600mm钢管作为仿真实验对象。如图1, 根据国家标准[1]相应的尺寸系列及公差, 可以确定O型圈内径和线径, 从而确定相应管径所适用的O型圈。O型圈分别与堵头和钢管存在过盈配合, 根据经验, 过盈量越大, 密封性能就越好 (在没有出现明显的应力集中的情况下) 。在考虑流体密封时, 就以它们之间的最小过盈为参考对象。根据标准得出O形密封圈的尺寸和过盈量如表1所示。 图1 O型密封圈结构 ??下载原图 表1 不同管径和O型圈的过盈量 ?? 下载原表 影响橡圈的密封性能主要有橡胶的压缩率和Von Mises应力[2]。O型圈的压缩率定义为截面的压缩距离和O型圈的截面直径两者的比值, 其表达式如下: 式中:d0为O型圈的截面直径, mm;h为O型圈压缩之后的截面高度, mm。 前面计算出各个管径相对于O型圈的过盈量, O型圈的截面直径 (即线径) 都为7 mm。可计算出用于不同管径O型圈的压缩率分别为18.29%、15.71%、15%、12.86%。O型圈的压缩率为11%~30%之间, 所以本文中的O型圈压缩率均符合要求。 橡胶材料属于超弹性体, 用应变函数来表示。Mooney Rivlin本构模型通常用来描述变形小于25%的超弹性材料, 它的表达式如下: 式中:C10, C01为Mooney Rivlin系数;W为应变能密度函数。 橡胶材料的硬度H (IRHD硬度) 与弹性模量EO试验数据拟合公式满足下式[3]: 弹性模量和Mooney-Rivlin系数之间, 满足下式: 通常取C01=0.25C10, 最后确定有限元仿真参数, C10=0.928 MPa, C01=0.232 MPa。通常硬度为邵氏硬度D90的聚氨酯橡胶能够满足大部分的需求, 所以不作特殊说明的情况下, 一般硬度取邵氏硬度D90, 弹性模量为6.963GPa。 O型圈在沟槽内单向受限, 并处处结构相同, 可将模型简化成二维问题来考虑。使用ANSYS建