文摘

管道配件与套管应用在飞机液压管道的连接部分,和他们的可靠性和稳定性是至关重要的。本文旨在调查的影响内部流体管道配件的密封特性采用多尺度模型。密封特性的变化引起的流体压力开关进行了研究,和组装方法在内部流体也探索。计算结果表明,多尺度模型能够准确地反映密封区域的变化,和高压流体可以提高密封的可靠性。与接触面积相比,液体压力施加更大影响的变化区域的高压力区。此外,未密封面积增大,最大的流体压力,增加和改变高压区域的面积明显大于接触面积。此外,箍的最佳装配位置随流体压力的增加,从而实现良好的密封特性。

1。介绍

是至关重要的设计和高压液压系统,高功率,和轻量级1]。增加系统流体压力提供了一个有效的方法来减少体重。然而,高压液体会导致径向变形管道的周期性变化,从而形成循环管道墙壁上的负载。此外,它会导致流体状态的突然变化形成液压冲击液压系统启动时,停止,或者执行一个大的回旋余地。这些负载可以影响管道的密封配件经常出现流体泄漏的地方。因此,管道配件的密封特点受到高压流体的影响,这是至关重要的调查管道配件的密封特性变化引起的流体压力切换。

很多成就了密封的管道配件。例如,夏[2)详细讨论了管道配件的分类和应用。Mihsein和西摩3)模拟管道配件的装配状态基于有限元仿真和验证仿真结果的准确性通过x射线摄影技术。燕et al。4]研究了管道配件的密封原理,提出管道配件的组装方法。基于之前的研究,大多数策略处理管道配件的密封状态。

目前,一些报道关注内部流体的密封特性的影响管道配件。然而,有大量研究与流体压力影响其他密封结构的密封特性。李等人。5]分析了工作压力对接触状态的影响和压力的机械密封的脸。梅特卡夫et al。6]介绍了三种类型的高压水充分润滑密封零件测试大型循环泵和泄漏预测和挠度进行分析。Willenborg et al。7)采用实验方法确定雷诺数的影响和压力比走迷宫密封的操作特性。李等人。8)确定压力比的影响和密封间隙流体蜂窝走迷宫密封泄漏特性。吉布森et al。9]研究了压力场之间的相互作用的影响从上游叶片排和下游叶片排在热气体入口engine-realistic边缘密封几何图形。一般来说,大多数以前的研究使用了宏模型的密封结构调查对密封流体压力的影响特征,展现出许多局限性。

最近,关于密封特性的研究主要是基于与粗糙表面接触模型。Kucharski和Starzynski10]研究粗糙表面之间的接触特性与刚性平面基于实验和数值方法。赵et al。11]研究了弹塑性接触粗糙表面通过赫兹接触理论。一个et al。12]谱插值的新方法用于粗糙表面接触的弹塑性模型。郭et al。13)建立了一个理论与平面粗糙表面接触模型的转动关节。此外,在其他报告(14- - - - - -18),粗糙表面接触模型考虑其他不同的影响因素主要是讨论。因此,与粗糙表面接触模型主要是基于一个简单的原理模型,同时给出了一些局限性分析密封特性。由于的限制与粗糙表面接触模型,多尺度模型逐渐成为最合适的策略来研究密封的特点。例如,温克et al。19]分析了接触和径向唇形密封结构的变形特性的三维(3 d)多尺度模型。Perez-Rafols et al。20.]发达接触属性之间的粗糙表面与流体之间的空隙基于粗糙金属表面。贾et al。21)预测的泵送率从空中旋转唇形密封液端使用多尺度有限元模型。Zhang et al。22)采用三维模型计算粗糙表面之间的通道和泄漏率与经典的方法。Thatte和Salant [23)建立了一个多尺度模型来研究粘弹性的影响液压活塞杆的密封行为。玛丽et al。24)修改了多尺度接触模型的基础上,从试验获得的密封结构泄漏率来实现一个更实际和应用多尺度计算模型。进一步验证了模型的准确性,真正的考验模拟。

流体密封的一个重要组成部分,管道连接,管道配件的密封特性是非常重要的管道系统。在服务期间,管道的密封接触面积和接触应力分布配件是重要的指标来衡量管道配件的密封特性。有效的流体密封只能保证有足够的密封区域和统一的接触应力分布。此外,由于高压流体的作用,高压力区(塑性变形区)将出现在密封区域,这是一道防线,确保流体密封的关键。因此,基于测量粗糙度数据密封区域的管道配件,建立管道配件的多尺度模型计算和分析管道配件的密封特性的变化更准确。通过宏观和密封区域的微小变形和管道配件的接触应力分布的影响,高压液体管道的密封特点详细分析了配件。此外,内部流体密封特性的影响和密封更换配件后流体压力开关。与此同时,管道配件的组装方法可以获得高压流体的作用下。

2。多尺度建模方法考虑流体

如图1、管道配件显示对称形态,包括坚果、合适的身体,套圈,箍。金属-对-金属密封都与某些实现预应力套管渗透管道的外直径。管道的表面特征结构产生重大影响表面的应力状态。在这项研究中,管道配件的多尺度建模是进行使用流体压力作为主要影响因素。模型需要的实际表面特征之间密封区,分析了密封状态下管道配件及管道高压液体,它提供了一个密封的机械解释特征改变管道配件。

摘要和文献[25)属于一个系统的一部分,研究管道配件的密封特点,差异和创新如下:(1)基于管道配件的多尺度建模方法文献[25),分析高压流体密封上的负载特性的影响深度和管道配件的详细通过更准确的量化和分析方法密封不同管道配件材料的特征。它可以得出的结论是,高压流体的接触状态产生重大影响的密封区域管道配件,和高压流体可以提高管道配件的密封可靠性。(2)考虑到管道的切线模量的材料配件、管道配件的密封特性进行分析的过程中,压力上升,压力下降,管道配件和泄漏机制获得后,改变从高压低压。(3)高压脉动流体负荷严重影响密封管道配件的服务特点,管道配件的更加科学和有效的装配方法是高压流体的作用下实现的。

2.1。多尺度模型生成

Zygo测试的基础上箍和管道表面地形数据,建立多尺度模型的管道配件,也可以同时反映了微观和宏观尺寸的密封区管道配件。图2介绍了表面形貌箍和管道的数据。起皱的光栅±5的范围内波动μm和±2μm。由于光学干涉,需要过滤干扰信号进行小波分析得到结果后处理,可直接用于模型。图2揭示了小波分析的结果,后续需要反向建模。

基于反向建模过程的多尺度模型管道配件。这是导入到有限元软件ANSYS和SOLID186网状。筛孔尺寸是0.2μm。图3介绍了多尺度箍和管道的有限元模型。在有限元计算,套圈,管道和配件的身体都是不锈钢做的。表1列出了材料特性数据。

2.2。多尺度模型的边界条件

管道配件收紧后,管道,套圈,和合适的身体是紧密连接在一起,和管道中的流体压力直接作用于管道的内表面。此外,内部压力作用形式主要代表了管道的内表面。忽略轴向流体压力的径向膨胀挤压。与此同时,流体压力的传播管道箍和拟合的身体。由于统一的流体压力和稳定性的有限元计算,流体压力是应用于内部管道表面,从而实现高压流体的应用负载。

管道配件的多尺度模型是基于一定周向密封区域的管道配件,采用轴对称边界条件的多尺度模型。即垂直于圆周面节点是固定的圆周位移约束模型,并垂直于径向平面节点是固定约束模型的径向位移。此外,相同的约束方法用于轴向箍。如图4,没有内部流体多尺度模型用来模拟管道配件的紧缩过程通过应用位移箍。箍收紧到一定位置时,常见的液压系统的压力值是应用于管道的内表面。不考虑流体结构耦合,应用相应的流体压力载荷在管道的内表面的所有节点来模拟流体压力管道配件的效果。图4显示了流体压力应用程序的位置,和图3介绍了多尺度有限元模型的管道配件。表1显示管道配件的材料。

3所示。结果与讨论

3.1。密封配件在装配分析

图5(一个)显示管道的应力分布配件在装配过程中。因为箍的前端可以视为line-to-plane与拟合的身体接触,产生的高压力区是第一个在这个位置。不断发展的弹塑性变形、高压力区逐渐扩大到后方的套圈,如图5(一个)(A)。当楔形空间的扩张速度小于箍的进料速度,整个箍进行翘曲变形,并且高压力区移动的应力集中引起的弯曲,如图5 (b)(B)。当箍达到位置如图5 (c)(C),箍的前端是脱离楔形行动,和翘曲变形逐渐缓解,消失了。此外,高压力区分布在接触表面附近。上述结果确保组件之间的密切结合和有效的密封配件。

图5 (b)显示了在装配过程中管道表面的应力状态。等效应力区管道表面不断带状。装配过程的初始阶段,中间部分的管道表面总是处于高压力状态。当发生屈曲时,整个过程的应力达到最大值。然而,它不是主要的管道密封,密封压力值并不是很高。当箍的前端和楔形表面分离,其屈曲状态消失了。ferrule-pipeline接口的前端达到良好的应力状态,以及microconvex身体完全融合。因此,实现管道配件的良好的密封状态。

图5 (c)显示了箍的低表面的应力分布。由于翘曲变形箍在装配过程中,压力不表现出普通的带状分布,表明不均匀的接触程度和可怜的海豹。当箍的屈曲状态消失,常规的带状箍应力分布出现在中间。作为主要密封区、前区拥有一个高压力值和覆盖范围大的压力。在指定的装配位置,变形可以集中在前面的区域,甚至导致明显的弹性变形或塑性变形的地方。考虑到凸体之间的接触表面在大面积保险丝,管道配件可以达到一个理想的密封状态。

图6演示了管道配件的密封特性的变化规律。图6(一个)显示了密封有效密封面积的变化规律被在装配过程中管道表面的接触面积。显然,箍的轴向位移和接触面积率呈正相关。此外,为了显示多尺度模型的准确性,比较结果表面光滑模型和粗糙表面模型,如图6(b)。与表面光滑模型相比,粗糙表面模型更能体现接触密封状态,可以显著提高计算精度的密封特点,管道配件。

的密封特性分析的管道配件、管道配件的密封区和接触应力分布也应该被考虑。管道配件不仅要达到一定的密封区域,但也有一个统一的接触应力分布状态。因此,microconvex身体粗糙表面的管道配件是最好的接触状态后充分优化。例如,当箍达到0.338毫米的轴向位移,管道配件的所有部分都处于高应力状态后的紧缩过程管道配件、优化microconvex尸体密封表面的管道配件。统一的高应力下,密封面可以更好地实现有效的密封高压流体的管道。

3.2。密封状态分析

3.2.1之上。密封状态下的高压液体

液压管道通常是高压流体的作用下。根据管道配件的装配过程的结果,选择箍的典型位置作为初始应力和变形状态分析高压流体的影响。分析高压流体的密封状态的影响管道配件、不同流体压力的7,14日,21日,28岁,35岁,56 MPa受聘在管道的内表面,分别。

根据管道的密封接触状态的变化配件在装配过程中,接触状态与轴向位移的箍0.23毫米被选中作为初始装配状态。管道配件不同流体压力下的应力分布如图7(一)。这表明,在较低的压力的作用下,整个管道配件组装不经过很大的弹塑性变形。随着流体压力增加,高压力的面积增加,主要是吸收管道和套圈变形能量。因此,没有明显的应力状态改变箍和配件之间的身体。当压力达到21 MPa,高压力的区域的面积和最大应力值进一步增加,而箍之间的应力状态的变化程度和合适的身体略微降低。当压力增加56 MPa,接触面积在峰值应力状态。由于材料机械性能的限制,最大应力值停止上升,增加了流体压力在有限的范围内。套圈之间的应力状态和拟合的身体明显的变化。此外,压力改变箍和配件之间的身体还到达最终状态因为箍的变形吸收能量,和管道达到饱和状态。显然,随着流体压力,有一个明显的高压区域箍和配件之间的身体,和套圈和管道。 Besides, the high-stress area and the maximum stress value continuously increase. The greater the contact stress on the same contact area, the better the sealing characteristics. The high fluid pressure will enhance the sealing state of pipeline fittings.

为了进一步验证密封状态,管道表面的应力分布进行了研究。根据图7 (b)高应力区,流体压力增加,管道表面逐渐增加,覆盖范围和峰值应力不断增加。当压力达到28 MPa,乐队应力分布明显,峰值应力位于中间的每一个乐队。随着压力的增加,峰值应力区域扩大从点到线,并垂直于轴向的方向。高压带组的形成导致众多密封箍和管道之间的界线,可以吸收液体压力能一步一步,有效防止流体泄漏。

图7 (c)显示了套圈表面应力分布(管道)在不同流体的压力。对应图7 (b)套圈表面的应力分布逐渐呈现出带状分布规律与流体压力增加,和高压区域的面积不断扩大。有效的密封区域的套圈表面,高压力的乐队是最初位于左侧。当流体压力增加时,高压带逐渐向右移动,和主要高压密封带最终生成的右边。类似于管道表面的应力分布,microconvex身体的变形可以集中在这里,导致泄漏的主要线的形成。如果前端密封压力释放,后端可以弹性变形在一定程度上。能量补充显示高流体压力增加了密封管道配件的有效性和可靠性。

3.2.2。密封状态下不同的装配位置

上述研究表明高压流体的影响在密封的管道配件箍是0.23毫米的轴向位移。因为组装的位置会影响管道的密封配件在服务状态,高压流体应考虑探索最佳的轴向装配位置,可以确保管道配件的密封可靠性。

内部压力值作为输入变量的多尺度模型,并分析和计算管道配件的密封状态下不同的轴向装配位置进行。21 MPa的流体压力是输入到多尺度模型,和轴向装配箍的位置改变,这是年代分别为= 0.23,0.286,和0.338毫米。管道配件的应力分布如图8。在图8(一个)管道配件的不同应力状态显示在不同的轴向装配位置。总的趋势是,当高压力的峰值区增加,高压力的范围也在不断增加。与此同时,比较的结果年代= 0.23,0.286,和0.338毫米,每个组件的表面变形可以在高压流体下前进。当箍位于组装位置屈曲状态刚刚消失了(年代= 0.338毫米),生成一套高能的前端ferrule-pipeline接触。中间区域,材料的micro-elastic-plastic变形很明显,和增加microconvex身体接触表面之间的融合。因此,它可以保证密封的可靠性在恶劣工作条件下(如强劲和持久的振动)。

本研究分析了应力分布在管道表面高压流体和应力状态的发展规律以及套圈的轴向位移。应用径向观察和分析角度来验证上述理论。流体压力的影响下,当箍走向最终的装配位置,中间的高压力区第一形式的密封区管道表面。套圈推进时,高压力区扩展向前和向后。由于楔形结构的影响,高压力区管道表面传播更快的向前比向后,导致应力分布,呈现在图8 (b)(C),主密封区域是高压力区管道表面。其中,前端平均应力值最高,也是最先进的地区,确保密封。

在图8 (c)套圈的轴向装配位置变化时,应力分布的发展趋势套圈表面相同的管道表面。与一点压力条件相比,膨胀率高压力区套圈表面增加了5.1%,而当流体压力峰值增加7.2% 21 MPa。在组装的过程中箍从初始位置到最终位置,最大接触应力的位置在套圈表面从左向右移动。最后,它呆在前面的密封区域,形成良好的密封应力状态。此外,定期安排strip-shaped应力分布乐队也在中间和后面部分形成的密封区域,还可以提供变形能量的主要密封区域,确保密封的可靠性。

可以看出,高压流体管道的管道配件组件之间产生一个更优秀的密封状态。不考虑负载的影响,如振动和温度,高压流体可以增强密封接触的管道配件。密封状态也保证了密封的可靠性配件在操作期间。

3.3。在高压流体密封特性

多尺度模型的计算,得到一个有效的密封接触面积。也就是说,某种程度上接触材料之间的弹塑性变形导致microconvex融合的分布区域。如图9、流体压力之间的对应关系和有效的密封接触面积的计算方法是根据密封管道表面的状态。它可以发现,接触面积与改进的流体压力会增加,这表明它们之间线性相关(相关系数R²= 0.96)。范围内的流体压力(7∼56 MPa),接触面积比例的变化从56至72%,波动幅度小于16%。因此,高压流体的影响有一个小的影响有效的密封管道和套圈之间的接触面积。

根据上面的计算与分析,可以知道,高压流体不明显影响的有效密封管道和套圈之间的接触面积。然而,它可以显著增加压力峰值的分布比率和高接触表面的应力。根据图9高应力区,面积变化的管道表面与流体压力增加。管道流体压力的增加,高压力区管道表面的面积上升,表现出明显的线性相关性(相关系数R²= 0.975)。同时,图中流体压力变化范围内,高压力区管道表面的面积变化超过50%。这些结果表明,高应力区流体压力大大影响分布在管道和套圈之间的接触表面。高应力区在管道配件服务,确保流体密封的有效性和可靠性的管道配件。与此同时,它对管道系统的安全运行至关重要。此外,流体压力下56 MPa,接触面积和高压力的地区之间的差异为10%,表明几乎所有的密封接触表面在高压力。

基于线性拟合的数据点的接触面积和高压区域,实现两个拟合直线代表接触面积的变化规律和高压力区。在图9,两条拟合线有一个交点在72 MPa,证明接触区和高压力区是一样的,所有的接触区是在高压力的情况下。当管道系统的工作压力是72 MPa,箍的最佳装配位移为0.23毫米。

总之,流体压力有一个高压力的分布面积影响较大的接触面积。这两个领域是相等的72 MPa的压力下。根据上述的密封机理分析管道配件、高压流体可以发挥积极作用在确保管道配件的密封可靠性。此外,当所有的接触区在高压力的情况下,可以实现良好的密封特性。

3.4。高压开关的影响

飞行控制和态度调整将开关之间的液压系统高压,低压,和nonpressure负载状态,使得航空液压管道系统在高,低压下工作交替强烈的流体载荷环境。这种交替的高或低压力会影响配件的密封特点,尤其是泄漏可能发生在低或没有压力。因此,有必要研究密封的管道配件后高压开关状态的变化规律,得到密封配件的特征。

microconvex体的弹塑性行为下的密封区交替,高、低压负荷可以通过下面的公式来描述。名义应变的表达式和压力表示如下: 在哪里是指试样长度的变量,表示初始样品的长度,代表加载力,是初始载荷区。

正确描述横截面积的变化在大变形,真正的应变之间的关系 ,真正的压力和名义应变 ,名义应力表示如下:

在合适的紧缩过程中,压力生产的配件由塑性应变的密封材料和弹性应变 。

由于流体压力之差,管道配件材料的蠕变是不同的。因此,三组压力上升和下降进行模拟。在计算过程中,从7 MPa流体压力上升到35岁,56岁,分别和72 MPa。然后,它是逐渐卸下7 MPa。基于计算结果,配件的密封特性的变化规律是显示在图10。值得注意的是,可以看出,管道和套圈之间的接触面积扩大与流体压力增加。当流体压力是松了一口气,接触面积和面积的高压力区不能完全恢复到原来的密封状态。当流体压力降低高压,低压,未面积增大,增加最大的流体压力。此外,改变高压力区面积比的接触面积大。

这种现象可以归因于的弹塑性行为microconvex密封配件表面的尸体。当金属材料的变形很小,材料基本上展品线性弹性行为。然而,材料的屈服应力会增加,加工硬化现象发生。当管道中的流体压力,管道壁的结构恢复到一个非承压的状态,和弹性力几乎等于压力的紧迫。然而,因为这个力无法恢复已经硬化材料,有一个密封表面之间的接触状态变化。此外,由于更大的应力和变形过程中压力开关,大塑性变形发生在microconvex尸体的高压区域,从而导致一个更大的区域变化与密封区域。

3.5。组装方法考虑流体压力

金属和金属之间的良好接触是有效的密封的先决条件。组装后的管道配件、密封区域的microconvex身体在一定接触状态。在服务期间,高压流体之间的接触状态会改变microconvex密封区域管道配件的尸体。在高压流体密封区域,将使microconvex身体接触更紧密,和高压力的区域将形成。也就是说,凸的身体产生弹塑性变形,和两个表面之间的有效接触面积增加,从而进一步确保金属之间的有效密封。然而,由于负载变化,反复的弹塑性变形microconvex身体导致材料的蠕变,导致减少之间的联系紧密microconvex身体和管道配件的密封特性的降低。因此,高压流体作用下的管道配件需要合理和科学的装配方法,确保管道配件的密封特性的稳定性。

管道配件的密封特点是制造过程的影响。组装方法的另一个重要的影响因素。在不同的装配位置和相同的工作流体压力下,配件的密封特性计算得到最优装配箍的位置。显示装配方法的计算过程,应用21 MPa流体压力的最大工作压力来计算最优装配箍的位置。

通过计算配件的密封状态图8,箍的位移之间的关系和接触面积可以调查图11。图显示的有效密封接触面积随轴向装配箍的位置,这表明一个线性变化规律。由于流体压力的影响,接触面积增加13%。此外,当箍的翘曲变形状态(年代≈0.29 - -0.335毫米),曲线的斜率略微上涨由于流体压力的影响。当屈曲状态消失,斜率立即返回到原始值。与流体压力增加,高压力区继续增加,变化趋势的色散关系曲线相当于接触面积图11。然而,与区域变化的范围相比,流体压力的高压区域施加很大的影响密封区域。此外,接触面积等于高压力区0.286毫米的位移,这是一个合理的装配位置的流体压力下箍21 MPa。相比,计算图11,合理的装配位置箍0.23毫米低于72 MPa流体压力。简而言之,与流体压力增加,最优位移的箍将减少达到良好的密封特性。

结合分析管道接头密封区域之间的接触状态,微触的密封接头表面和密封特性的定量分析,高压流体密封特性的影响规律的管道配件显然透露。同时,这种现象的“高压无渗漏和低压漏”阐述了管道配件,管道配件和组装方法在高压的作用下流体也提出了。通过计算与分析,蠕变的变化的主要原因是密封管道配件的特征。材料的蠕变引起的流体载荷的变化是不可避免的。因此,管道配件材料的蠕变只能受制于更科学、合理的装配方法和管道配件材料匹配,以保证密封的可靠性特征的管道配件服务期间。

4所示。结论

本研究旨在调查的影响高压流体管道配件和高压流体切换。结论如下所示:(1)根据密封表面的应力分布,多尺度模型能更准确地反映密封区域的变化而与光滑的表面模型。高压力区可以优化microconvex尸体的密封面在组装,提高流体压力下的密封可靠性。(2)流体压力能提高密封管道配件的有效性和可靠性。当流体压力增加,接触面积和高压力区增加,而接触面积很小的波动幅度。与此同时,高压力面积大大不同。此外,当压力为72 MPa,接触区域的面积等于高压力区,这是一个良好的密封状态。(3)高压流体的作用下,当高流体压力,接触面积和高压力区不能完全恢复到原始的地区。该地区差异与流体压力增加,和高的差异区比的接触面积大。这可以解释说,由于更大的应力和变形过程中压力开关,大塑性变形发生在microconvex的高压区域,从而导致更多的区域变化与密封区域。(4)配件的密封特性是线性的影响下恒压流体和各种紧缩立场。通过比较配件在不同条件下的密封特性和流体压力,它可以得出的结论是,高压流体可以提高配件的密封特性在不同组装位移,和高压面积显著增加。此外,0.286和0.23毫米的位移是一个合理的装配位置箍21,72 MPa流体压力。与流体压力增加,最优装配位移的箍将减少实现优秀的密封特性。

命名法

:	初始加载区域
:	弹性模量
:	加载力
:	试样的初始长度
:	试样长度变量
R2:	相关系数
年代:	位移
:	名义应变
:	真正的应变
:	弹性应变
:	塑性应变
:	名义应力
:	真正的压力
:	泊松比
:	密度。

数据可用性

所有数据用来支持这个研究的发现文章中是可用的。

的利益冲突

作者宣称他们没有利益冲突的目前的研究中,和他们没有任何商业或关联利益代表的利益冲突与工作相关的提交。

确认

这项研究是财务支持的设施园艺山东大学项目的实验室(2018 yy057和2018 yy004号)。