艉轴密封弹簧组热-结构耦合分析.pdf

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1、总第199期2011年第1期舰船电子工程ShipElectronicEngineeringVoL31No．1163艉轴密封弹簧组热一结构耦合分析王晓军1，王磊¨胡举喜2’杨颖¨(北京航空航天大学固体力学研究所¨北京100191)(中国船舶重工集团公司第七。四研究所2’上海200031)摘要利用ANSYS软件对轴密封弹簧组进行了有限元分析。首先通过MSC．Patran2008将轴密封弹簧组结构进行离散化处理。建立简化的有限元分析模型，并将该模型导人Ansysl2．0中进行密封端面温度场分析。通过瞬态分析方法得到运转过程中端面

2、特性的变化状况，进而获得时间响应下轴密封弹簧组的动态特性；通过施加稳态热边界条件，对端面进行稳态分析，更好地掌握轴密封弹簧组热一结构耦合机理，提高轴密封弹簧组抗变工况的能力。数值结果表明了该轴密封结构的实用性。关键词轴密封弹簧组；瞬态分析；稳态分析；热一结构耦合中图分类号TP302．7Thermal—StructureCouplingAnalysisonaNew·StyleSternShaftSealingSpringWangXiaojun”WangLcil’HuJuxi2’YangYing¨(InstituteofSol

3、idMechanics．BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics¨．Beijing100191)(No．704ResearchInstituteofCSICz’，Shanghai200031)Ab吼ractAnew-styleshaftsealingdeviceisstudiedbythefiniteelementmethodbasedonANSYSByMSC．Pat—ran2008thestructureoftheshaftsealingspringgroupswillb

4、ecopedwithdiscretemethodinordertOsetupfiniteelementmodel．andthetemperaturefieldanalysisonsealingfacecanbeaccomplishedbyintroducingAnaysl2．0．Ontheonehand，thechangeoffacecharacteristicsduringoperationisobtainedbytransientanalysistOstudydynamicbehaviorofsuchsealingde

5、viceunderthetimeresponse．Ontheotherhand。applicationofsteadyheatboundaryaswellassteady-stateanalysisforcontactsurface，abetterunderstandingofthemechanismaboatthermal-structurecouplinganalysisforthesealingspringgroupscanbemade，thusfurtherimprovedthesealingabilityofsu

6、chdevice．Thenumericalexampleillustratedthepractica—bilityofthenew-styleshaftsealingstructure．KeyWordsshaftsealingspringgroups。transientanalysis，steady-stateanalysis．thermal—structurecouplingCImNumbotTP302．71引言船用轴密封弹簧装置是舰船推进系统的重要组成部分，担负着密封、防止外部的水或管内的润滑剂漏人舱内的重要作用。在实

7、际的航行过程中，密封端面的变形、间隙、温度相互耦合，极易形成局部的高应力区和高温区．造成端面的磨损和侵蚀加剧。严重影响了密封装置的整体性能及使用寿命[1~2]。针对船用轴密封装置的热一结构耦合特性的研究具有重要的工程意义。目前，国内外学者在机械密封热一结构耦合方面已经作了较多的工作，但是由于这一问题本身的复杂性，这方面的研·收稿日期：2010年8月1日．修回日期：2010年9月13日基金项目：国家自然科学基金项目(编号；11002013)I高等学校学科创新引智计划项目(编号：1307009)资助。作者简介：王晓军，男．博士

8、．副教授．研究方向：不确定性结构分析、结构叮靠性、结构损伤识别。164王晓军等：艉轴密封弹簧组热一结构耦合分析总第199期究一直是许多假设的前提下进行的，得到的分析结果与实际的密封工况存在比较大的差异[3j。Pas-eovici和Etision等人[4j用解析法推导过端面温度分布的计算公式，并对影响温度