NiTi合金密封垫片压紧力分布有限元分析 - 南京工业大学学报（自然.PDF

第３４卷第４期 南　京　工　业　大　学　学　报　（自然 科 学 版） Ｖｏｌ．３４Ｎｏ．４ ２０１２年７月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＡＮＪＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ） Ｊｕｌｙ２０１２ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－７６２７．２０１２．０４．００７ ＮｉＴｉ合金密封垫片压紧力分布有限元分析 诸士春，陆晓峰，巩建鸣 （南京工业大学机械与动力工程学院，江苏 南京 ２１０００９） 摘　要：利用ＡＢＡＱＵＳ有限元方法分析ＮｉＴｉ形状记忆合金密封面上的压紧力分布，并与同等加载条件下的Ａ１０５０ 纯铝平垫、金属石墨缠绕垫片作比较。结果表明：ＮｉＴｉ形状记忆合金垫片密封面上压紧力分布均匀性优于后２种 常规垫片；内压力和弯矩作用下，ＮｉＴｉ形状记忆合金密封面压紧力受载荷影响比后２种垫片小。 关键词：ＮｉＴｉ合金；垫片；压紧力分布 中图分类号：ＴＢ３８１　　　文献标志码：Ａ　　　文章编号：１６７１－７６２７（２０１２）０４－００３３－０６ ＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｎｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＮｉＴｉａｌｌｏｙｓｅａｌｉｎｇｇａｓｋｅｔ ＺＨＵＳｈｉｃｈｕｎ，ＬＵＸｉａｏｆｅｎｇ，ＧＯＮＧＪｉａｎｍｉｎｇ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢｙｕｓｉｎｇｔｈｅＡＢＡＱＵＳｍｅｔｈｏｄｏｆｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＮｉＴｉ ｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｇａｓｋｅｔｗａｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｏｆＡ１０５０ａｌｕｍｉｎｕｍｇａｓｋｅｔａｎｄｓｐｉｒａｌｌｙ ｗｏｕｎｄｇａｓｋｅｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｇａｓｋｅｔｃｏｎｔａｃｔ ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｉｂｕｔｉｏｎｆｏｒＮｉＴｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｗａｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｇａｓｋｅｔｓ．Ｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏ ｉｎｔｅｒｎａｌｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｂｅｎｄｉｎｇｍｏｍｅｎｔ ，ＮｉＴｉｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙａｌｌｏｙｇａｓｋｅｔｈａｄｂｅｔｔｅｒｓｅａｌｉｎｇｐｅｒ ｆｏｒｍａｎｃｅｔｈａｎｔｈｅｏｔｈｅｒｔｗｏｇａｓｋｅｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＮｉＴｉａｌｌｏｙ；ｇａｓｋｅｔ；ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ 　　螺栓法兰连接广泛应用于压力容器、工艺设备、 泛关注［７－１１］，然而，ＮｉＴｉ形状记忆合金密封垫片的 动力机器和连接管道等过程工业装置中。传统规范 实际应用研究还不多。本文基于ＮｉＴｉ形状记忆合 中采用简化方法计算垫片压紧力，并利用平均垫片 金密封垫片的压缩 回弹曲线，采用有限元方法，分 压紧力评估螺栓法兰连接的密封有效性，这显然不 析了在预紧后受内压力和弯矩载荷作用下，垫片密 能准确描述实际密封压紧状况。在实际使用中，受 封面上的压紧力分布，并与同条件下的Ａ１０５０纯铝 到外载荷作用时，垫片密封面上的压紧力并非均匀 平垫、金属石墨缠绕垫片作比较。 分布的，沿径向和周向是变化的［１－６］，当垫片密封面 １　模型的建立及计算参数 上的最小压紧力不能满足密封要求时，易导致密封 失效，造成严重的泄漏事故。 １．１　法兰、垫片和螺栓的选用 ＮｉＴｉ形状记忆合金具有超弹性性能，比普通金 选用ＡＳＭＥＢ１６５标