为了解高超声速再入时气动热载荷对充气式减速器柔性结构的影响,文章基于松散耦合方法开展了极端热载荷工况下的耦合数值研究。文章首先建立了流固耦合和热固耦合两种模型,分别对比研究了气动力和气动热两种气动载荷对蒙皮结构的影响。结果表明,气动热对结构的影响远大于气动力,在高超声速再入时应重点考虑。之后研究了气动热载荷下充气式减速器防热层各功能层温度分布,结果表明,绝热层隔热效果最为显著,绝热层导热系数增大一倍,内部最高温度升高21.7%,热变形最大值升高10.7%。上述成果为充气式减速器的设计提供了一定的理论依据。

以金属硬密封球阀为研究对象,建立阀座与球体接触的有限元模型,计算密封比压和弹簧预紧力的大小。采用ANSYS Workbench对密封结构进行温度场分析,并将温度结果导入静力学模块进行耦合分析,分别取5组密封面宽度和6组压力角数据进行模拟。结果表明:密封比压随着密封面宽度的增加而减小,随着压力角的增加而增大。

为了解深水环境下以高分子材料为摩擦副的机械密封性能,建立机械密封热固耦合模型,分析介质压力、摩擦系数和弹簧比压对机械密封热变形的影响,结果表明,随着介质压力、摩擦系数和弹簧比压的增大,机械密封摩擦副的最高温度也随之增大,但摩擦系数和弹簧比压引起的温升相对更大;介质压力对摩擦副静环未接触部位的轴向变形影响较大,但对摩擦副动环的轴向变形基本没有影响;介质压力、摩擦系数和弹簧比压对接触面积的影响不同,导致摩擦产生的热量不同,从而引起热变形上的差异。

为研究大口径金属硬密封球阀的密封面性能,建立了球阀的主密封结构有限元模型,分析其在常温高压、高温高压下的应力变化及间隙变化。以阀芯弹性模量、阀芯半径、密封面轴向投影为优化变量,最终得到各参数对泄漏的影响。结果表明:在一定范围内,增大阀芯半径以及减小密封面轴向宽度,能减少泄漏,为大口径球阀的设计提供了参考。

为了更准确全面地研究变齿厚涡旋盘实际运转时的应力应变情况,以某型涡旋压缩机为例,根据变齿厚型线方程几何理论,计算排气时刻各工作腔的容积,确定吸、排气工作腔的气体压力载荷以及进、排气工作温度载荷。采用Creo曲线方程建立精确的变齿厚涡旋盘模型,基于有限元理论和气-热-固间接耦合法,分析在气体压力载荷、温度载荷以及接触力载荷综合作用下动涡旋盘齿的应力及应变,并对比分析了不同载荷对轴向、径向变形的影响规律。得出相比于温度载荷,在气-热载荷作用下,涡旋盘齿的应力增大1.03倍,变形量增大75%。接触力载荷对涡旋齿的应力、总变形影响甚微。受载荷分布影响,随着渐开线展开角的展开,涡旋齿总变形量逐渐减小。