Расчет кольцевого уплотнения при установке кольца в гнездо и подачи давления

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра вычислительной механики

Работа № 4

Отчет:

Расчет кольцевого уплотнения.

Студент группы №_____________Stresh________________________

                    Преподаватель:  Полонский В.Л.                                      

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2004

Постановка задачи.

Герметизация неподвижных цилиндрических поверхностей в большинстве механизмов осуществляется резиновыми кольцевыми уплотнениями круглого сечения. Одной из причин отказа уплотнений является образование трещин, что происходит или в процессе установки уплотнения, или после подачи давления. После образования начальных трещин уплотнение начинает быстро разрушаться, а утечки через него лавинообразно возрастают.

Процесс образования трещин в резиновом уплотнении может начаться как на его поверхности (контактные напряжения), так и внутри уплотнения в областях максимальных напряжений. Прогноз работоспособности уплотнения даже такой простой формы представляет сложнейшую инженерную задачу. При аналитическом решении этой задачи необходим целый ряд физических констант, которые определяются для каждого случая только экспериментальным путём. В результате достоверные результаты о работоспособности уплотнения могут быть получены путём дорогостоящих экспериментов на полномасштабных моделях. В данном задании предлагается решить эту задачу МКЭ.

Цель работы.

Оценить работоспособность кольцевого уплотнения при установке кольца в гнездо и подачи давления р. Кольцо изготовлено из резины с модулем упругости Е=9,78МПа и коэффициентом Пуассона υ=0,5. Температура 20^°С. Допускаемые напряжения для данной резины составляют [σ]=8 МПа. Все металлические детали считать абсолютно жёсткими.

Параметры задачи.

Давление уплотняемой среды p, МПа	5
Наружный диаметр уплотнения D, мм	14
Внутренний диаметр уплотнения d, мм	6
Ширина гнезда l, мм	5
Внутренний диаметр гнезда d1, мм	6
Наружный диаметр гнезда d2, мм	12

Практические результаты.

Расчёт проводился с помощью программы StarLight с количеством узлов N=121, при этом было получено максимальное напряжение в центре рассматриваемого образца после установки σ_dev1=3,14 МПа, после подачи давления σ_dev1=4,86МПа.

Выводы.

В результате численного решения задачи установлено, что максимальные напряжения при установке и после подачи давления возникают внутри уплотнения. Их значения: после установки σ_dev1=3,14 МПа, после подачи давления σ_dev1=4,86МПа.

Сравнение данных полученных МКЭ напряжений внутри уплотнения и контактных напряжений на поверхности с заданными в условиях задачи допускаемыми напряжениями [σ]=8МПа показывает, что работоспособность уплотнения в данном случае обеспечена.