论文摘要
近年来,橡胶和弹性体在国防事业中的应用越来越广泛。针对国内外研究现状,本文利用有限元方法对密封件的密封机理进行理论研究；研究开发了基于有限元分析方法、适合不同橡胶密封材料、不同结构密封件的“橡胶密封件仿真分析系统”软件；利用聚合物物理改性方法对聚氨酯软管外层胶料进行共混改性研究,提出了一种提高热塑性聚氨酯耐磨性的新方法。研究中开展的主要工作如下：1.利用有限元方法对密封件密封机理的研究。结合前人总结的密封理论,将密封件密封机理的有限元分析分为静态分析和动态分析两部分。本文中使用ANSYS有限元软件,对O形密封圈、矩形密封圈、橡塑组合密封圈和油封进行了静态分析,其密封机理属于接触问题,采用罚单元法描述了该接触问题。建立了各密封件的二维轴对称有限元模型,分析了在不同工况条件下最大接触压力、应力应变分布和变形情况。借助有限元软件ANSYS CFX对油封进行了动态分析,将油封的表面效应和结构效应的动密封理论作为理论基础,对密封介质在密封间隙中的流动情况进行了模拟。分析了油封唇口表层材料弹性皱纹的反旋段和顺旋段的差值对表面效应引起的泵吸率的影响,轴转速对表面效应和结构效应引起的泵吸率的影响。模拟结果与实验结果有较好的一致性,证实了利用有限元方法进行密封件密封机理研究的可行性。2.橡胶密封件仿真分析系统的研究开发采用Visual Basic语言作为系统开发界面,以Access为数据存贮数据库,以ANSYS分析平台为核心、以Pro/Engineer为图形输出平台,开发了一套“橡胶密封件仿真分析系统”软件。本系统由计算模块、绘图模块和专家知识库三部分组成。计算模块是本系统的核心,实现了对O形密封圈、矩形密封件、油封和橡塑组合密封件的有限元分析。此模块具有友好的交互界面,简化了有限元分析的前处理过程,使CAE软件复杂繁琐的建模过程变得轻松快捷,各结构尺寸调整后,设计图形自动更新,并可快速转化为FE模型进行有限元分析,节省了前处理时间；从分析上,该系统采用内置命令流的方式使复杂的有限元分析过程在后台运行,给工程设计人员带来很大的方便,扩大了使用范围。绘图模块主要是利用计算结果数据完成橡胶密封制品和制品模具的三维图和工程图的绘制,此模块采用软件内设置的设计图纸为依据,只需进行相应的参数定义便可自动生成橡胶密封制品及其模具图,既符合工程设计人员的工作习惯,又大大简化了图纸的绘制过程,方便修改。专家知识库主要介绍橡胶密封件的各方面知识供使用者对橡胶密封件进行分析计算,指导用户进行密封件的优化设计。本文以O形密封圈和油封为例,介绍了该系统的使用过程。该系统的研制为国内密封件设计研究提供了一定的借鉴作用,具有一定的工程价值。3.复合软管外层胶料共混改性研究针对目前输油用复合软管在使用过程中出现的耐磨性、抗划伤性能差等问题,提出一种通过共混改性方法,根据银纹-剪切带理论,利用三元乙丙橡胶（EPDM）提高复合软管外胶层（TPU）韧性来增加其耐磨性能的新方法。实验结果表明,随着EPDM含量增加,TPU/EPDM共混物磨损方式由粘着磨损转化为磨粒磨损,对TPU的耐磨性有显著提高,当EPDM含量为8%时,TPU/EPDM共混物的耐磨性能最好,EPDM含量超过8%时,共混物各项性能均呈下降趋势。将共混后的TPU新材料应用于输油管中,能够大大提高输油软管在实际使用过程中的抗刮伤问题,延长现有聚氨酯输油软管的使用寿命,节约能源,为我国聚氨酯输油软管的研制做出巨大贡献。
论文目录
学位论文数据集摘要Abstract目录Contents符号说明第一篇 专用高分子密封制品仿真分析一橡胶密封件仿真分析系统的研究开发第一章 绪论1.1 课题来源、名称1.2 选题的意义1.3 橡胶密封件分类、工作原理及寿命的影响因素1.3.1 橡胶密封件的分类1.3.1.1 油封的分类1.3.1.2 橡塑组合密封圈的分类1.3.2 橡胶密封件的工作原理1.3.2.1 O形密封圈的工作原理1.3.2.2 油封的工作原理1.3.2.3 橡塑组合密封圈的工作原理1.3.3 橡胶密封件密封性能的影响因素1.3.3.1 O形圈密封性能及寿命的影响因素1.3.3.2 油封密封性能及寿命的影响因素1.3.3.3 橡塑组合密封圈密封性能的影响因素1.4 国内外有限元技术在橡胶密封件中的发展现状1.5 研究内容1.6 本课题的创新性第二章 系统开发工具的选择及软件的二次开发2.1 系统开发工具的选择2.1.1 有限元分析软件2.1.2 三维设计软件2.1.3 数据库系统2.1.4 程序设计语言2.2 软件的二次开发2.2.1 ANSYS的二次开发功能2.2.2 Pro/Engineer的二次开发功能第三章 ANSYS软件进行橡胶密封件的有限元分析3.1 密封件静态分析基础3.1.1 计算模型3.1.2 有限元模型3.1.2.1 几何非线性3.1.2.2 材料非线性3.1.2.3 边界非线性3.1.3 模型的基本假设3.1.4 单元类型和材料参数的设置3.1.5 边界条件和载荷的施加3.1.6 求解3.1.6.1 非线性有限元分析的求解流程3.1.6.2 非线性有限元分析的设定3.1.7 结果处理3.2 O形橡胶密封圈有限元分析3.2.1 模型的建立3.2.2 结果与讨论3.3 矩形橡胶密封圈有限元分析3.3.1 模型的建立3.3.2 结果与讨论3.4 油封静态密封性能有限元分析3.4.1 模型的建立3.4.2 结果与讨论3.5 橡塑组合式密封圈有限元分析3.5.1 格来圈有限元分析3.5.1.1 引言3.5.1.2 模型的建立3.5.1.3 结果与讨论3.5.2 斯特圈有限元分析3.5.2.1 引言3.5.2.2 模型的建立3.5.2.3 结果与讨论3.5.3 Double DeltaR密封圈有限元分析3.5.3.1 引言3.5.3.2 模型的建立3.5.3.3 结果与讨论3.6 油封的动态分析3.6.1 引言3.6.2 微型泵理论3.6.2.1 表面效应3.6.2.2 结构效应3.6.3 有限元模型的建立3.6.4 结果与讨论第四章 橡胶密封件仿真分析系统开发4.1 系统的总体介绍4.1.1 系统开发环境及运行平台4.1.2 系统功能及优点4.1.3 系统目标4.1.4 系统结构和流程图4.1.4.1 系统结构4.1.4.2 系统流程图4.2 系统安装和启动4.2.1 系统安装4.2.2 启动与退出4.3 模块的开发4.3.1 计算模块的开发4.3.1.1 计算模块的内容4.3.1.1.1 用户信息设置4.3.1.1.2 参数设置4.3.1.2 ANSYS设置4.3.1.3 宏命令的生成4.3.1.4 ANSYS计算4.3.1.5 报告的生成4.4 绘图模块的开发4.4.1 绘图模块的内容4.4.1.1 参数库的建立4.4.1.2 图形的生成4.5 专家知识库介绍4.6 橡胶密封件仿真分析系统应用实例4.6.1 系统登陆4.6.2 功能模块的选择4.6.2.1 计算模块的选择4.6.2.2 绘图模块的选择4.6.2.2.1 制品绘图模块4.6.2.2.2 模具绘图模块参考文献本篇小结第二篇 复合软管外层胶料共混改性研究第五章 绪言5.1 课题来源、名称5.2 选题的意义5.3 热塑性聚氨酯弹性体概述5.3.1 热塑性聚氨酯弹性体的结构与分类5.3.2 热塑性聚氨酯弹性体的特点5.3.3 热塑性聚氨酯弹性体的加工和应用5.3.3.1 热塑性聚氨酯弹性体的成型加工5.3.3.2 热塑性聚氨酯弹性体的应用5.4 热塑性聚氨酯弹性体的共混改性研究进展5.4.1 不同类型TPU共混5.4.2 塑料改性TPU5.4.3 橡胶改性TPU5.4.4 纤维改性TPU5.4.5 纳米材料改性TPU5.4.6 增强增韧TPU5.5 本篇研究内容5.5.1 热塑性聚氨酯软管成型工艺5.5.2 研究内容第六章 实验部分6.1 实验原料6.2 实验设备6.3 研究路线6.4 配方方案设计原则6.5 实验方法6.5.1 力学性能测试6.5.2 耐磨性能测试6.5.3 共混物形貌6.5.3.1 扫描电镜6.5.3.2 实体扫描6.5.4 硬度测量方法6.5.5 软管成型流动性试验6.5.6 软管层间剥离强度测试6.5.7 共混物浸油质量变化率6.5.8 共混物浸水质量变化率6.5.9 热空气老化和耐臭氧性能测试第七章 TPU共混物基料的筛选7.1 内胶层胶料的确定7.2 外胶层基料的确定7.2.1 不同类型TPU共混物的力学性能7.2.1.1 水对聚氨酯弹性体的降解作用7.2.1.2 不同类型TPU共混体系的力学性能研究4）共混物制备'>7.2.1.2.1 不同类型TPU以及TPU与硫酸钡（BaSO4）共混物制备7.2.1.2.2 实验结果与讨论7.2.1.2.3 不同类型TPU共混物软管成型实验及讨论7.2.2 TPU共混体系的耐磨性能7.2.2.1 耐磨性定义7.2.2.2 增加TPU耐磨性能的方法7.2.2.2.1 聚合物增强的方法7.2.2.2.2 TPU增强实验及讨论7.2.2.2.3 弹性体增韧的原理和研究7.2.2.2.4 TPU的增韧实验及讨论第八章 TPU与EPDM共混实验8.1 TPU与EPDM共混物制备8.2 TPU与EPDM实验结果与讨论8.2.1 TPU与EPDM共混体系微观形态8.2.2 TPU与EPDM共混体系力学性能8.2.3 TPU与EPDM共混体系耐磨性能8.3 TPU共混物的耐老化实验第九章 软管外层胶料共混改性配方9.1 TPU共混改性配方方案的确定9.2 TPU共混物性能測试结果与软管试验结果参考文献本篇小结第十章 结论及研究展望10.1 结论10.2 研究展望致谢研究成果及发表的学术论文作者和导师简介
相关论文文献
标签：橡胶论文; 密封圈论文; 密封机理论文; 有限元分析论文; 系统开发论文; 热塑性聚氨酯论文; 共混论文; 耐磨性能论文;
专用高分子密封制品仿真分析及复合软管外层胶料共混改性研究
下载Doc文档