Математическое моделирование течения жидкости в герметизируемых торцевых осесимметричных соединениях с учетом комплексной топографической оценки их рабочих поверхностей

• Автор: Радыгин, Виктор Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 166 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.

нин1н1мн1и1мтннмн1ммннммн1м

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ГЕРМЕТИЧНОСТИ И МОДЕЛЕЙ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕД В ТОРЦЕВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ УПЛОТНЕНИЯХ

1.1. Анализ существующих методов расчета герметичности торцевых осесимметричных

УПЛОТНЕНИЙ.И

1.2. Анализ современных математических моделей и программ 1ых средств для расчета

ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКИХ СРЕД В ЩЕЛЕВЫХ КАНАДАХ

1.3. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СЕТОЧНЫХ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКИХ СРЕДВ УЗКИХ ЩЕЛЯХ

1.4. Анализ способов уменьшения погрешности начальных данных для численного

РАСЧЕТА УТЕЧЕК В ТОРЦЕВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ УПЛОТНЕНИЯХ.

1.5. Обобщение результатов анализа и постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ И ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА УТЕЧЕК В ТОРЦЕВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ УПЛОТНЕНИЯХ
2.1. Разработка математической модели течения рабочей среды в юрцевых осесимметричных УПЛОТНЕНИЯХ
2.2. Расчет карты давлений рабочей среды в соединении на основе метода конечных элементов
2.3. Расчет угечек рабочей среды и первоначальная оценка погрешности их измерения
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ДЛЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ ВОЛНИСТОСТИ И ОТКЛОНЕНИЙ ФОРМЫ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТОРЦЕВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ УПЛОТНЕНИЙ .
3.1. Анализ основных источников погрешности измерения параметров отклонения формы и волнистости с помощью кругломеров
3.2. методика устранения погрешностей позиционирования отдельного профиля на основе метода нахождения базовой окружности
3.2. . Методика численного нахождения окружности наименьших квадратов.
3.2.2. Методика численного нахождения минимальной описанной окружности.
3.2.3. Методика численного нахождения максимальной вписанной окружности
3.2.4. Методика численного нахождения минимальной зоны.
3.3. Методика расчет параметров отклонений формы и волнистости при двухмерном АНАЛИЗЕ ОТДЕЛЬНОЙ ТРАССЫ.
3.4. Методика нивелирования поверхности.
3.5. Методика расчета топографических параметров отклонений формы и волнистости поверхности
3.6. Оценка погрешности численного расчета параметров отклонений формы и волнистости
3.6.1. Оценка погрешности численного расчета параметров волнистости отдельного профиля.
3.6.2. Оценка погрешности численного расчета топографических параметров волнистости .
3.7. Оценка влияния наклона общей базы отсчета прибора ил погрешность численного
РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ВОЛНИСТОСТИ.
3.7. 1. Оценка влияния наклона общей базы отсчета прибора по отношению к средней плоскости профиля па погрешность вычисления параметра V
3.7.2. Оценка влияния наклона общей базы по отношению к средней тоскости исследуемой поверхности на погрешность вычисления топографического параметра
3.7.3. Оценка влияния наклона общей базы по отношению к средней плоскости иссзедусмой нтзерхности на погрешность вычисчения топографического параметра
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРМЕТРОВ ФОРМЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ .
4.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ТОПОГРЛФИРОВАННЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩЕНИЯ
4.2. Описание пакета программ для тгехмегиого анализа отклонений формы и волнистос ти поверхностей вращения.
4.2.1. Набор двухмерных параметров отклонения формы и волнистости, игмерясмых II
4.2.2. Набор трехмерных параметров отклонений формы и волнистости, игмерясмых ПК.
4.2.3. Системные требования.
4.2.4. Подготовка ПК к работе и процесс измерения Ошибка Закладка не определена.
4.2.5. Основные вогможности ПК
4.3. Эксперимен тальное тестирование программного комплекса
4.4. Методика измерения и расчета параметра для торцевой поверхности
ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ИЗДЕЛИЯ
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЛНИСТОСТИ НА ТЕЧЕНИЕ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ТОРЦЕВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ УПЛОТНЕНИЯХ
5.1. Разработка пропаммного пакета для автоматизированного проектирования
ТОРЦЕВЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ УПЛОТНЕНИЙ.
5.1.1. Описание разработанного программного пакета
5.1.2. Сравнение результатов экспериментальных вычиезений с помощью разработанной модели и программного комплекса с результатами аналитических вычислений для уплотнений с гладкими рабочими поверхностями
5.2 Экспериментальное исследование влияния волнистости на герметичность торцевых
ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
5.2.1. Модель волнистости поверхности.
5.2.2. Сравнительный анализ величин утечек, получаемых экспериментальным расчетом с учетом волнистости рабочих поверхностей и получаемых аналитически на основе метода среднего зазора.
5.2.3. Исследование зависимости ветчины утечек от параметров волнистости рабочих поверхностей уплотнения
5.3. Экспериментальное исследование комплексного влияния волнистости и ШЕРОХОВАТОСТИ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НА ВЕЛИЧИНУ УТЕЧЕК В СОЕДИНЕНИЯХ.
5.3.1. Исследование влияния различных способов обработки рабочих поверхностей на герметичность соединений.
5.3.2. Исследования зависимости величины утечек от упругой деформации волнистости рабочих поверхностей.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ II РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В. Порошина и других исследователей показано, что контактное взаимодействие уплотняемых поверхностей определяется величиной приложенной нагрузки, сочетанием физикомеханических и геометрических параметров состояния поверхностного слоя. Показана необходимость использования при расчете утечек моделей, учитывающих данную составляющую топографии изделий. Исследования же влияния волнистости на величину утечек на сегодняшний день практически отсутствует. Большинство авторов, таких как Комбалов , указывая на то, что под давлением волнистость поверхности деформируется упруго, предпочитают пренебрегать ее влиянием при расчетах, либо ограничиваются рассмотрением простейших моделей влияния волнистости, полученной на основе искусственной генерации. В некоторых работах , , утечки вычисляются с учетом влияния топографии рабочих поверхностей, но при довольно строгих ограничениях, накладываемых на постановку задачи. В таких работах влияние волнистость и шероховатость учитываются, как правило, в виде эмпирических составляющих зависимостей, полученных регрессионным анализом. Например, в работе Калашникова В. Гобггязгв. Т 0 0,, 1. АР перепад давления, 2 средние высоты волн, ЯсЛ2 параметры шероховатости, характеризующие среднее арифметическое отклонение профиля, ширина контакта, а сближение поверхностей, константа Кармана С 0,2. Тем не менее, все эти модели неприменимы для широкой номенклатуры торцевых осесимметричных соединений, что не позволяет использовать их для разработки современных средств автоматизированного расчета утечек в подобных уплотнительных устройствах. Таким образом, на сегодняшний день не существует полноценной математической модели, позволяющей рассчитывать степень герметичность торцевых осесимметричных соединений, учитывая на ряду со свойствами рабочей среды и условиями монтажа также и влияние комплексной топографии их рабочих поверхностей. Причем, в смежных вопросах машиностроения, таких как задачи по снижению износа и трения, задачи о контактной жесткости деталей, находящихся в соприкосновении, задачи статической и динамической прочности, задачи о прочности посадок, а также в других задачах, давно показана важность учета влияния комплексной топографии поверхности и предложены соответствующие физические и математические модели. Это доказано в работах Дж. Сибра , Д. Берти , Ольшевского , Комбалова , и других отечественных и зарубежных авторов. В настоящее время нет единого подхода при выборе расчетных моделей течения рабочей среды в узких щелевых каналах герметизируемых соединений. Большое разнообразие конструкций соединений, условий их эксплуатации, физических свойств рабочей среды, характеристик и параметров микромакрогеометрии и физикомеханпчсских свойств рабочих поверхностей предопределяет большое разнообразие режимов течения. Так, течение рабочей среды в работе рассматривается как молекулярное, в работах , , как ламинарное или турбулентное в случае бесконтактных соединений в быстроходных машинах. Иногда течение рассматривают как струю из отверстий, образованных узкими щелями. В работе величину утечек рабочей среды через круглое или щелевидное отверстие определяют как сумму утечек, образованных молекулярным и вязкостным потоками. Переход от одного потока к другому определяется размерами отверстия или щели. Проведенный анализ показывает, что единой научнообоснованной модели для определения степени герметичности соединений не существует. Однако, поскольку большинство соединений для жидких сред работает в условиях ламинарного течения, в дальнейшем в диссертационной работе рассматривается именно эта модель. Для ламинарного течения жидкой среды в узких щелях на сегодняшний день существует много различных подходов. Так, Э. Вонг , Э. Гаргиуло , Д. Сан , Б. Маджумдар применяют модель ламинарного течения при моделировании пористого газодинамического подшипника. Моделированию кавитации в динамически нагруженных подвижных соединениях на основе модели усредненного ламинарного течения посвящены работы Байады , Брю , Лебека , Саланта , Финдлэя , Элрода .