某型飞机作动器密封件密封性能分析及疲劳寿命预测

论文摘要

液压作动器是飞机液压系统中的重要组成部分,在长期的使用过程中,漏液问题是影响其正常工作的主要因素,漏油不但影响液压系统的工作效率,严重时甚至危及到飞机安全,而橡胶密封件的失效是造成泄漏的主要原因。本文将以某飞机液压伺服作动器的橡胶O形圈为研究对象,对其密封特性和疲劳寿命预测进行研究。首先,综合考虑橡胶材料的材料非线性、几何非线性、接触非线性等因素,利用有限元软件ANSYS建立橡胶O形圈轴对称大变形有限元模型。仿真计算得出在预紧状态和具有流体压力时,橡胶O形圈的接触应力以及当量应力Mises应力随着压缩率和流体压力的变化关系。其次,对橡胶O形圈进行了热-结构的耦合分析。在考虑机械应力施加的前提下,利用间接耦合法分析了温度对密封圈的位移、接触应力以及当量Mises应力的影响。知道相对于机械应力的影响,热应力对密封特性的影响较小。同时分析了温度对橡胶的老化的影响。进一步,根据已有的液压伺服作动器的尺寸,利用机械动力学分析软件ADAMS,建立了具有非理想约束的液压伺服作动器虚拟样机仿真模型,利用仿真模型分析了液压作动器存在加工装配误差时橡胶O形圈的接触力的变化规律,得到附加接触力远远大于理想情况下接触力。最后,依据橡胶O形圈的非线性有限元计算结果,确定橡胶密封圈易发生疲劳的危险截面单元。然后以应变能释放率范围为疲劳损伤参量,计算了橡胶O形圈的危险点的疲劳寿命,疲劳寿命为8333小时,这为橡胶材料的疲劳寿命预测提供了分析方法和数值依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究背景和意义
• 1.3 影响密封圈密封寿命的因素
• 1.4 国内外的研究现状
• 1.4.1 橡胶的本构模型
• 1.4.2 密封技术的研究
• 1.4.3 疲劳寿命的研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 橡胶O 形圈的有限元分析
• 2.1 橡胶材料的有限元理论
• 2.1.1 接触非线性
• 2.1.2 几何非线性
• 2.1.3 ANSYS 介绍
• 2.2 橡胶O 形圈的有限元模型
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 有限元模型的建立
• 2.2.3 边界条件及加载
• 2.2.4 密封判定准则
• 2.3 橡胶O 形圈在预压缩下的计算
• 2.3.1 接触应力的变化
• 2.3.2 Mises 应力的变化
• 2.4 橡胶O 形圈在油压下的计算
• 2.4.1 接触应力的变化
• 2.4.2 Mises 应力的变化
• 2.5 拉伸率的影响
• 2.6 本章小结
• 第3章 橡胶O 形圈的热-结构耦合分析
• 3.1 导热微分方程
• 3.2 耦合场分析
• 3.3 计算及结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 装配精度对密封特性的影响
• 4.1 液压作动器的结构和工作原理
• 4.2 液压作动器的虚拟样机模型
• 4.2.1 虚拟样机
• 4.2.2 约束的建立
• 4.2.3 虚拟样机的校核
• 4.3 参数的设置
• 4.4 同轴度的影响
• 4.5 垂直度的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 橡胶密封圈的疲劳寿命预测
• 5.1 疲劳寿命基本理论
• 5.1.1 疲劳的定义
• 5.1.2 疲劳的分类
• 5.2 橡胶疲劳寿命的预测方法
• 5.2.1 S-N 曲线法
• 5.2.2 损伤力学法
• 5.2.3 断裂力学法
• 5.3 橡胶密封圈的疲劳寿命预测
• 5.3.1 等效应力的计算
• 5.3.2 橡胶密封圈应变能的计算
• 5.3.3 橡胶O 形圈的疲劳寿命预测
• 5.4 橡胶疲劳寿命的影响因素
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢