[发明专利]一种环型组合五金密封件密封性能测试方法

权利要求书

1.一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)建立蠕变计算模型；

(2)对固定寿命的环型组合五金密封件的蠕变强度进行计算；

(3)通过计算结果分析环型组合五金密封件的高温密封性能，蠕变强度增强的位置高温密封性能变差。

2.根据权利要求1所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述步骤(1)包括：

(1-1)建立环型组合五金密封件的有限元模型；

(1-2)建立高温蠕变本构方程模型；

(1-3)建立基于孔洞长大理论的多轴蠕变模型。

3.根据权利要求2所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述步骤(1-1)计算对区域包括环型组合五金密封件及其周围的阀盖、阀壳区域，并考虑计算域几何形态及热学、力学边界条件特征，计算确定在三维轴对称坐标下进行，确定计算时域为环型组合五金密封件的工作寿命时长从而完整考察整个寿命期内蠕变松弛对密封性能和强度的影响。

4.根据权利要求3所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述环型组合五金密封件四周的阀门和密封分别采用四节点四边体非结构化和八节点四边形非线性热力耦合单元，环型组合五金密封件与阀门的接触部位分别进行网格加密处理，阀门外侧暴露在大气环境中，环型组合五金密封件承受阀门内外腔与大气环境之间最大蒸汽压差，计算域的约束为阀体底边Y向位移，环型组合五金密封件外径处上下端面和圆柱面受阀壳和阀盖的接触约束，环型密封上臂外侧的接触面受阀盖约束，下臂外侧接触面受阀壳约束。

5.根据权利要求2所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述步骤(1-1)的模型建立过程进行传热计算，其中考虑了接触部分的接触热阻，在光滑表面和同种材料情况下，采用温度和界面间隙的函数，模型建立过程进行力平衡计算，其中考虑接触面库仑摩擦力，长期高温运行中环型密封接触区域会发生变化，计算中采用自适应网格技术，计算使用的参数包括蒸汽热物理性质及环型密封周围换热系数。

6.根据权利要求2所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述步骤(1-2)的所述高温蠕变本构方程模型采用阿肯斯定律时间硬化修正的牛顿-贝利蠕变本构方程，即

该方程考虑了蠕变情况下应力、应变都随时间变化的特征，其中ε^C，t，σ，ΔH为材料蠕变应变、时间、应力、激化能；C，p，q为材料参数；R、T为波兹曼常数、绝对温度，激化能和材料参数则通过材料试验数据的拟合获取。

7.根据权利要求2所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述步骤(1-3)的所述基于孔洞长大理论的多轴蠕变模型是描述高温下多轴应力状态导致材料蠕变韧性降低的模型，根据孔洞长大模型可以得到多轴应力状态和单轴应力状态下蠕变应变的对应关系为：

式中，t_c，ε_ss，n，f_c，f_n分别为孔洞聚合时间、等效应变率、牛顿指数、孔洞聚合面积分数、孔洞临界聚合分数。g定义为：

单轴应力作用下，上式中的σ_m/σ_eq(静水压力/等效应力)为1/3，因而可以得到：

用g₀代替式(2)中可得单轴应力作用下蠕变应变关系式：

由式(2)和(5)可得多轴蠕变应变与单轴蠕变应变之比，即多轴度因子：

利用多轴度因子将蠕变应变的许可条件写为：

ε_e＝ε_e,cF_CA≤[ε_c] (7)

式中，F_CA、ε_e、ε_e,c、[ε_c]分别为多轴度因子、等效应变、第二等效应变、蠕变许用应变。

8.根据权利要求7所述的一种环型组合五金密封件密封性能测试方法，其特征在于所述环型组合五金密封件的蠕变许可用应变的限制在2％。