一种密封结构漏率量化分析方法及系统与流程

本发明属于台阶式管路连接结构，尤其涉及一种密封结构漏率量化分析方法及系统。

背景技术：

1、台阶式管路连接结构是一种广泛应用于航空、航天、船舶等领域的管路结构，用于实现管路系统的连接和密封功能。作为管路系统的一项重要组成部分，其性能直接影响管路系统的功能实现。

2、台阶式管路密封结构由接头1、接管嘴4、外套螺母2、密封垫片3组成，见图1。密封垫片置于接管嘴内，经外套螺母将接头与接管嘴进行连接。垫片在外套螺母拧紧过程中产生压缩变形，填充管接头材料间间隙，实现密封功能。

3、目前，密封结构设计很大程度上还是采用“工程研制方法”，缺乏对密封垫片受压变形后密封结构内泄漏微观通道的有效分析和评估手段，未建立基于结构变形的管路连接结构密封性能量化分析方法，由此导致密封结构研制周期长、研制结论不充分、可扩展性不强。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种密封结构漏率量化分析方法及系统，实现了宏观到微观的密封研究通道，为指导工程应用实践具有重大意义。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种密封结构漏率量化分析方法，包括：获得密封面微观形貌模型；获得密封面接触应力分布；利用密封面微观形貌模型和密封面接触应力分布，通过预设的粗糙峰接触模型，得到接触变形后的密封面形貌以及泄漏通道高度分布；利用预设栅格模型对接触变形后的泄漏通道高度分布进行处理得到密封面上的贯穿泄漏通道；得到通过每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率，根据每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率得到密封件的总泄漏率。

3、上述密封结构漏率量化分析方法中，获得密封面微观形貌模型包括：利用三维白光干涉仪对密封面上设置的测量点扫描，得到能够表征密封表面三维微观形貌的参数矩阵；对三维微观形貌的参数矩阵通过滤波及fft变换处理掉异常信号或奇异点，进行真实表面轮廓数字还原，获得密封面微观形貌模型。

4、上述密封结构漏率量化分析方法中，获得密封面接触应力分布包括：根据预设的密封件的真实材料参数，对台阶式管路连接结构的密封面宏观接触应力进行仿真计算，获得密封面接触应力分布。

5、上述密封结构漏率量化分析方法中，接触变形后的泄漏通道高度分布通过如下公式得到：

6、p(x,y)＝cos(m2πx/l)cos(n2πy/l)；

7、

8、其中，p(x,y)为密封面接触应力分布；n、m均为密封面微观形貌简化后的维数；u(x,y)为与密封面接触的接头的平面的法向位移；e*为等效弹性模量，x为密封面接触应力横坐标，y为密封面接触应力纵坐标，l为测量点周长。

9、上述密封结构漏率量化分析方法中，得到通过每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率包括：将每个贯穿泄漏通道横截面进行微元分解得到多个由三角形或梯形组成的微元区段，计算每个微元区段的介质泄漏率；根据每个微元区段的介质泄漏率计算通过每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率。

10、上述密封结构漏率量化分析方法中，每个微元区段的介质泄漏率通过如下公式得到：

11、

12、其中，q为每个微元区段的介质泄漏率，h1为微元区段一个边缘高度，h2为微元区段另一边缘高度，dx为微元区段轴向长度，dy为微元区段宽度，u为介质流速，δp为微元区段进出口压差。

13、上述密封结构漏率量化分析方法中，每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率通过如下公式得到：

14、

15、其中，qi为第i个贯穿泄漏通道的介质泄漏率，h1为微元区段一个边缘高度，h2为微元区段另一边缘高度，dx为微元区段轴向长度，dy为微元区段宽度，u为介质流速，i为贯穿泄漏通道的编号。

16、上述密封结构漏率量化分析方法中，密封件的总泄漏率通过如下公式得到：

17、

18、其中，q为密封件的总泄漏率，qi为第i个贯穿泄漏通道的介质泄漏率，d为密封件内径，l为密封件内圈周长。

19、上述密封结构漏率量化分析方法中，在密封面上沿圆周方向均布4个测量点。

20、一种密封结构漏率量化分析系统，包括：第一模块，用于获得密封面微观形貌模型；第二模块，用于获得密封面接触应力分布；第三模块，用于利用密封面微观形貌模型和密封面接触应力分布，通过预设的粗糙峰接触模型，得到接触变形后的密封面形貌以及泄漏通道高度分布；

21、第四模块，用于利用预设栅格模型对接触变形后的泄漏通道高度分布进行处理得到密封面上的贯穿泄漏通道；第五模块，用于得到通过每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率，根据每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率得到密封件的总泄漏率。

22、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

23、(1)本发明实现了宏观到微观的密封研究通道，为指导工程应用实践具有重大意义；

24、(2)本发明通过三维扫描和fft变换方法，实现将表征密封面微观形貌的参数矩阵转换为可以用于进一步计算分析的连续形貌数学模型的效果；

25、(3)本发明实现了基于实测材料力学性能数据的不同工况下密封垫片表面接触应力曲线和应力云图仿真分析的效果；

26、(4)本发明通过粗糙峰基础模型计算密封面接触后形貌，通过栅格模型寻找贯穿通道，通过平行平板公式计算贯穿通道介质泄漏率，达到了对测量密封面介质漏率的精确计算效果。

技术特征：

1.一种密封结构漏率量化分析方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：获得密封面微观形貌模型包括：

3.根据权利要求1所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：获得密封面接触应力分布包括：

4.根据权利要求1所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：接触变形后的泄漏通道高度分布通过如下公式得到：

5.根据权利要求1所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：得到通过每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率包括：

6.根据权利要求5所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：每个微元区段的介质泄漏率通过如下公式得到：

7.根据权利要求5所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率通过如下公式得到：

8.根据权利要求1所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：密封件的总泄漏率通过如下公式得到：

9.根据权利要求2所述的密封结构漏率量化分析方法，其特征在于：在密封面上沿圆周方向均布4个测量点。

10.一种密封结构漏率量化分析系统，其特征在于包括：

技术总结
本发明公开了一种密封结构漏率量化分析方法及系统，包括：获得密封面微观形貌模型；获得密封面接触应力分布；利用密封面微观形貌模型和密封面接触应力分布，通过预设的粗糙峰接触模型，得到接触变形后的密封面形貌以及泄漏通道高度分布；利用预设栅格模型对接触变形后的泄漏通道高度分布进行处理得到密封面上的贯穿泄漏通道；得到通过每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率，根据每个贯穿泄漏通道的介质泄漏率得到密封件的总泄漏率。本发明实现了宏观到微观的密封研究通道，为指导工程应用实践具有重大意义。

技术研发人员：周冠宇,郑茂琦,赵东伟,张婷,李辉,王子月,梁景媛,张连万,耿志敏,王细波,刘文川,吴俊峰,吴云峰
受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15