Моделирование тонкостенных металлических уплотнений пониженной жесткости
Ключевые слова:
трубопроводная арматура, APM WinMachine, тонкостенное уплотнение (упрагая кромка), APM Structure 3D, конечно-элементное моделирование, уплотнения пониженной жесткостиАннотация
В статье рассматриваются вопросы снижения нагрузки на тонкостенное уплотнение затвора клапана и, как следствие, минимизации требуемого усилия герметизации создаваемого движущейся частью затвора («золотником») на тонкостенное металлическое уплотнение («седло»), выполненное в виде осесимметричной оболочки. Уменьшение нагрузки со стороны привода может быть достигнуто за счет компенсации («разгрузки») затвора от давления герметизируемой среды, а также за счет снижения приведенной жесткости уплотнения (оболочки). В последнем случае тонкостенная оболочка может быть размещена на пластине (наиболее технологически рациональное исполнение). Такие конструктивные решения будем называть тонкостенными металлическими уплотнениями пониженной жесткости. Расчет и анализ тонкостенных уплотнений пониженной жесткости более сложной геометрической формы, по сравнению с указанной выше, следует проводить с использованием специализированных программных комплексов CAE моделирования, например APM WinMachine. Моделирование тонкостенных уплотнений выполнено в модуле конечно-элементного анализа APM Structure 3D. При нагружении тонкостенных уплотнений, составляющая давления герметизируемой (рабочей) среды не учитывалась, так как процесс нагружения происходит достаточно быстро. По итогам расчетов были получены «Карты» эквивалентных напряжений SVM и «Карты» перемещений. Результаты этого исследования сравниваются с ранее полученными данными для тонкостенной осесимметричной оболочки и оболочечно-пластинчатого «седла». Можно говорить о том, что для тонкостенных уплотнений пониженной жесткости имеется возможность уменьшения рациональных размеров (толщины) оболочки и есть необходимости увеличения рациональных размеров (толщины) пластины при принятых исходных геометрических параметрах.
Библиографические ссылки
Уплотнения и уплотнительная техника / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер и др. М. : Машиностроение, 1986. 464 с.
Уплотнения и уплотнительная техника / Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.В. Гордеев и др. М. : Машиностроение, 1994. 448 с.
Кармугин Б.В., Стратиневский Г.Г., Мендельсон Д.А. Клапанные уплотнения пневмогидроагрегатов. М. : Машиностроение, 1983. 152 с.
Гуревич Д.Ф. Трубопроводная арматура. Л. : Машиностроение, 1981. 368 с.
Расчеты на прочность в машиностроении. Т. 2. Некоторые задачи прикладной теории упругости. Расчеты за пределами упругости. Расчеты на ползучесть / С.Д. Пономарев, В.Л. Бидерман, К.К. Лихарев и др. М. : Машгиз, 1958. 975 с.
Долотов А.М., Огар П.М., Чегодаев Д.Е. Основы теории и проектирования уплотнений пневмогидроарматуры летательных аппаратов. М. : Изд-во МАИ, 2000. 296 с.
Долотов А.М., Гозбенко В.Е., Белоголов Ю.И. Уплотнительные соединения с использованием тонкостенных элементов / Иркут. гос. ун-т путей сообщ. Иркутск, 2011. Деп. в ВИНИТИ РАН 22.11.2011, № 508-В2011. 72 с.
ГОСТ 24856-2014. Арматура трубопроводная. Термины и определения. Введ. 2015–04–01. М. : Стнадартинформ, 2020. 90 с.
Долотов А.М. Разработка методов расчета и проектирование уплотнений с оболочечным элементом для летательных аппаратов : дис. … д-ра техн. наук. М., 1994. 280 с.
Долотов А.М., Ермашонок С.М., Федяев А.А. Управление жесткостью тонкостенного седла клапана // Системы. Методы. Технологии. 2009. № 1 (1). С. 12–13.
Расчет седла уплотнительного соединения, нагруженного затвором и давлением герметизируемой среды / С.В. Герасимов, А.М. Долотов, Ю.И. Белоголов и др. // Механики XXI веку : сб. тр. XI Всерос. науч.-техн. конф. с между-нар. участ. Братск, 2012. С. 106–111.
Белоголов Ю.И. Совершенствование конструкций уплотнительных соединений с тонкостенными элементами (упругой кромкой) : дис. … канд. техн. наук. Иркутск, 2013. 178 с.
Огар П.М., Герасимов С.В., Глинов С.Н. Герметичность соединений с элементами пониженной жесткости // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ : межвуз. темат. сб. тр. Вып. 11. СПб., 2005. С. 271–275.
Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D. М. : АПМ, 2006. 287 с.
Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D. М. : АПМ, 2010. 375 с.
Руководство пользователя APM Structure. М. : Науч.-техн. центр «АПМ», 2010. 226 с.
Расчет машиностроительных конструкций методом конечных элементов / В.И. Мяченков, В.П. Мальцев, В.П. Майборода и др. М. : Машиностроение, 1989. 520 с.
Огар П.М., Тарасов В.А, Турченко А.В. Плотность стыка при упругом контакте шероховатых поверхностей с учетом взаимного влияния неровностей // Системы. Методы. Технологии. 2011. № 4 (12). С. 35–40.
Огар П.М., Шеремета Р.Н., Лханаг Д. Герметичность металлополимерных стыков шероховатых поверхностей. Братск : БрГУ, 2006. 159 с.
Огар П.М. Контактные характеристики и герметичность неподвижных стыков пневмогидротопливных систем двигателей летательных аппаратов : дис. … д-ра техн. наук. Братск, 1997. 345 с.
Долотов А.М., Забродин О.М. Конструкционная контактная задача для уплотнения с оболочечным седлом при учете давления герметизируемой среды // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: межвуз. темат. сб. тр. СПб., 2002. Вып. 8. С. 127–130.
Герасимов С.В., Долотов А.М., Белоголов Ю.И. Математическая модель динамического нагружения двухседельного клапана // Тр. Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2012. Т. 1. С. 126–129.
