[发明专利]一种复杂空间环境效应的橡胶密封泄漏率预测方法

说明书

本发明提出了一种复杂空间环境效应的橡胶密封泄漏率预测方法，该方法首次提出橡胶密封总泄漏率由橡胶密封材料本体渗漏和微观界面泄漏两种泄漏模式构成，分析单因素和多因素空间环境效应下橡胶密封两种泄漏模式随时间增长的占比变化情况与泄漏率变化规律，建立橡胶密封泄漏率与时间之间的关联性，构建多因素空间环境效应下橡胶密封材料本体渗漏率和界面泄漏率预测数学模型；本发明能预测得到多因素空间环境效应下橡胶密封材料本体渗漏率与界面泄漏率，并提升空间环境效应影响下橡胶密封泄漏率的计算精度。

技术领域

本发明涉及一种复杂空间环境效应的橡胶密封泄漏率预测方法，属于橡胶材料密封性能演变机制研究领域。

背景技术

航天器广泛使用橡胶密封进行封严，大到空间站舱门、推进分系统阀门，小到宇航元器件封装，均大量使用橡胶密封。橡胶密封为上述应用场景的宇航员、推进工质、电路等提供了安全、稳定的工作环境，一旦密封结构发生泄漏，将直接影响航天器的正常运行。因此，对有长期在轨服役要求的航天器系统，位于其中的橡胶密封装置是影响其性能的薄弱环节。

目前关于长寿命橡胶密封泄漏率的分析大都止步于考虑热氧老化效应的泄漏率分析，而缺乏针对复杂空间环境(如高-低温交变、真空、原子氧、紫外辐照等)综合效应下的橡胶密封泄漏率预测方法。但高-低温交变会造成橡胶材料的损伤，真空会造成橡胶材料成分的析出，原子氧和紫外辐照均会造成橡胶材料成分及表面形貌的变化等，上述影响因素必然会造成橡胶密封性能的退化。同时，目前针对橡胶密封泄漏主要是分析密封界面的泄漏，缺乏对橡胶密封材料本体的渗漏分析。

为此，亟需开展复杂空间环境效应下的橡胶密封泄漏率预测方法，对复杂空间环境效应下的橡胶密封材料本体渗漏和界面泄漏进行分析，实现对不同服役期内在轨航天器橡胶密封性能的预测。

发明内容

本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种复杂空间环境效应的橡胶密封泄漏率预测方法，用于对长期处于复杂空间环境效应下的航天器中橡胶密封总泄漏率的分析，能较为精确预测不同服役期内橡胶密封的泄漏率。

本发明的技术方案：

一种复杂空间环境效应的橡胶密封泄漏率预测方法，其特征在于包括步骤如下：

(1)分别测试得到单因素和多因素复杂空间环境效应下橡胶密封材料的应力-应变本构关系、热膨胀系数和渗透系数，以及单因素和多因素复杂空间环境效应下和橡胶密封材料接触的金属材料表面微观形貌；

(2)构建橡胶密封材料本体渗漏模型，分别将单因素和多因素复杂空间环境效应下橡胶密封材料的渗透系数计入该模型中，分别计算单因素和多因素复杂空间环境效应下的橡胶密封材料本体的渗漏率；

(3)建立橡胶密封宏观接触性能分析理论模型，根据单因素和多因素复杂空间环境效应下的橡胶密封材料的应力-应变本构关系，分别计算单因素和多因素复杂空间环境效应下的橡胶密封接触压力和接触宽度；

(4)构建橡胶密封微观接触性能分析模型，结合单因素和多因素复杂空间环境效应下的金属材料表面微观形貌、橡胶密封接触压力和接触宽度，分别计算单因素和多因素复杂空间环境效应下的橡胶密封界面的泄漏率；

(5)确定单因素空间环境效应下橡胶密封材料本体渗漏和界面泄漏两种泄漏模式泄漏率的变化规律，获得单因素空间环境效应下橡胶密封两种泄漏模式泄漏率的影响权重，以及两种泄漏模式的占比变化规律；

(6)确定多因素空间环境效应下橡胶密封材料本体渗漏和界面泄漏两种泄漏模式泄漏率的变化规律，获得多因素空间环境效应下两种泄漏模式占比的变化规律；

(7)分别建立多因素空间环境效应下橡胶密封材料本体渗漏率和界面泄漏率预测数学模型，预测得到多因素空间环境效应下橡胶密封材料本体渗漏率与界面泄漏率，以及总泄漏率；所述总泄漏率为橡胶密封两种泄漏模式的泄漏率之和。