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金属垫片密封模型及应用研究?

 金属垫片密封是压力容器和管道中常见的密封形式,其失效极少是因强度不足引起的,泄漏是连接系统失效的主要原因。现行金属垫片的设计以垫片系数或线密封比压为依据,主要针对法兰强度问题,而没有定量泄漏和紧密性的概念,因此无法从理论上说明连接是否紧密。
  依据分形理论研究金属垫片密封模型,探索密封表面形貌的分形特征和接触应力等因素对密封性能的影响规律,对于密封元件的开发、使用以及连接设计准则和设计方法的建立具有重要的理论价值和实践意义。 密封面的表面形貌对金属垫片的密封效果影响很大。分形理论的引入为解决难以处理和准确表征的复杂表面形貌问题提供了新的途径。本文对分形理论的产生和发展作了简要的回顾,介绍了表征机加工表面轮廓的两种分形模型(W-M函数和分形插值函数)以及分形参数和无标度区间主要计算方法。W-M函数能反映机加工粗糙表面的非平稳、多尺度、不规则等许多特性,因此本文采用W-M分形函数表征金属垫片密封表面形貌。并通过对W-M函数模拟轮廓曲线分析,阐明了W-M函数中各个分形参数的物理意义。
   采用结构函数法和三直线偏差法分别计算金属垫片表面轮廓曲线的分形参数和无标度区间,为金属垫片密封表面形貌的分形表征奠定基础。 测量了不同压紧应力下金属垫片密封表面轮廓曲线,确定了表面轮廓结构函数曲线无标度区间,并计算了表面轮廓的分形维数、尺度系数和特征尺度系数,探讨了压紧应力对这些分形参数的影响。
 研究表明,金属垫片密封原始表面和受压后表面均具有分形特征;随着压紧应力的增大,金属垫片密封表面的分形维数呈增大趋势,尺度系数逐渐减小,表面变得越来越光滑,特征尺度系数变化无规律性。在不同压紧应力下,分形维数和尺度系数与金属垫片密封表面形貌具有很好的对应关系,因此可用分形维数和尺度系数表征金属垫片密封表面形貌,为金属垫片密封性能的研究提供依据。