Modeling of thin-walled metal seals with reduced rigidity
Keywords:
pipeline valves, APM WinMachine, thin-walled seal (elastic lip), APM Structure 3D, finite element modeling, low-stiffness sealsAbstract
The article considers the issues of reducing the dynamic (impact) load and, as a consequence, the required sealing force exerted by the moving part of the gate («spool») on the thin-walled metal seal («seat»), made in the form of an axisymmetric shell. The reduction of dynamic loads from the drive side can be achieved by compensating («unloading») the gate from the pressure of the sealed medium, or by lowering the reduced rigidity of the seal (shell). In the latter case, the thin-walled shell can be placed on a plate - the most technologically rational design. Such design solutions will be called thin-walled metal seals of low rigidity. The calculation and analysis of thin-walled seals of low rigidity of a more complex geometric shape, as compared to the above, should be carried out using specialized CAE modeling software packages, for example, APM WinMachine. Modeling of thin-walled seals is performed in the finite element analysis module APM Structure 3D. When loading thin-walled seals, the pressure component of the sealed (working) medium was not taken into account, assuming that the loading process occurs quickly enough. As a result of the calculations, «Maps» of equivalent SVM stresses and «Maps» of «saddle» displacements were obtained. In addition, the obtained results are compared with the results of studies conducted earlier for a thin-walled axisymmetric shell and a shell-plate «saddle». The results obtained for thin-walled seals of reduced rigidity indicate the possibility of reducing the rational dimensions (thickness) of the shell and the need to increase the rational dimensions (thickness) of the plate with the adopted initial geometric parameters.
References
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.
