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金属缠绕垫非线性有限元分析的假设及简化
    针对图1所示的密封结构,考虑金属缠绕垫变形的非线性,若建立精细网格的有限元分析模型,则计算量将非常大,且没有必要。为此,需在试验经验的基础上做出合理的假设以及简化,如下:
    1)密封结构中的螺栓及安装法兰部分的能量损失较小,因此仅考虑其力的传递功能,不考虑变形;
    2)箱体的强度和刚度很大,不考虑箱体变形;
    3)传感器法兰的刚度相对于金属缠绕垫很大,假设其为刚体,没有变形;
    4)不考虑箱体密封面及金属缠绕垫之问接触面的不平整和摩擦带来的影响。
    基于1和2的假设,该密封结构可简化如图2所示,螺栓及安装法兰部分不在建模中考虑,仅考虑其传递到传感器法兰上的压紧力。由反推拧紧力矩M的原理将在第4节中详细介绍。由于不计箱体的变形,分析和建模时仅将其作为金属缠绕垫的支撑。传感器叙下灭寸图2简化的密封结构截而进一步,基于3和4的假设,传感器法兰上的压紧力全部传递给金属缠绕垫,则作用于金属缠绕垫的压紧力Pr与之问的关系有其中:与Pr分别为传感器法兰和金属缠绕垫单位面积上的压紧力;A与Ar分别为传感器法兰和金属缠绕垫的表面面积。设R与r分别为传感器法兰的外半径、内半径;Rr与rr分别为金属缠绕垫的外半径、内半径,则有:由于箱体不计变形,在建模时仅考虑其密封面附近的壁面,所以可视其为壳体进行建模。这样大大简化了模型,减小了计算量。最终简化的有限元分析模型如图3所示。图3简化的密封结构有限元分析模型截而金属缠绕垫材料强度低、塑性高,将在一定的压紧力下发生塑性变形,当变形量可填充满其与箱体壁外径处的缝隙时,即实现了密封功能。www.xsmifeng.cn
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