装配偏差下球形管接头密封预紧力形成及其短期退化研究

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航空航天装备的润滑、传动、制动、冷却等工作都需要高可靠性的管路系统来提供精准控制和安全保障,24°双球头管路连接结构因具有密封性能好,耐压能力强,减重效果明显,在火箭发动机和卫星中广泛使用。目前航天装备的故障大部分是泄露故障,这其中管路连接结构发生密封失效泄露占比超过一半,影响管路连接结构密封性能的因素很多,包括材料、装配工艺、装配偏差、储存环境以及工作环境等等。在工程中亟待解决的问题为管路连接结构装配工艺对密封预紧力的精准控制以及储存工况下管路连接结构密封性能的衰退。针对上述问题,以24°双球头管路连接结构为研究对象,研究了管路连接结构的变形协调关系,同时把装配偏差引入到管路连接结构的拧紧过程中,分析了装配偏差对密封预紧力的影响,并在此基础上研究了储存阶段存在装配偏差时短期退化对管路连接结构性能影响的变化规律。首先,本文以DN4 24°双球头管路连接结构为研究对象,建立了参数化有限元模型,采用扭矩法拧紧工艺,探究了管路连接结构拧紧过程中的变形协调关系及其密封形成过程,揭示了输入扭矩、材料参数对密封预紧力的影响规律,随后引入装配偏差,分析了角度偏差和径向偏差对拧紧过程变形协调关系带来的改变,揭示了不同装配偏差下管路连接结构密封预紧力和密封接触参数的变化规律。最后,通过管路连接结构密封接触试验验证了所建有限元模型对密封接触参数仿真的精度。在上述工作的基础上,针对储存阶段管路连接结构密封性能的短期退化问题,通过有限元仿真,研究了短期退化对管路连接结构预紧力和密封接触参数的影响,并进一步引入装配偏差,揭示了角度偏差和径向偏差下短期退化对管路连接结构性能影响的变化规律,并通过管路连接结构短期退化试验验证了仿真。本文研究了管路连接结构拧紧过程的变形协调关系,将装配偏差引入到拧紧过程中,研究了其对密封预紧力的影响,并进一步研究了在拧紧完成后装配偏差对密封性能短期退化的影响,从装配阶段和储存阶段两个状态连续的分析了装配偏差对管路连接结构密封性能的影响规律,对管路连接结构装配工艺的设计与制定具有一定的指导意义。
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