Page 77 - 《橡塑技术与装备》2023年3期

理论与研究 殷小明·基于石墨垫片的压缩回弹特性研究进展

基于石墨垫片的压缩回弹特性研究进展

殷小明
( 上海市特种设备监督检验技术研究院，上海 200062)

摘要： 压缩回弹特性作为垫片最基本的力学特性，对垫片的密封性能起至关重要的作用，其特性越优异，垫片与法兰连接更好，
界面发现泄露的能力越小，压缩回弹性能体现了垫片对不同载荷波动情况下的补偿适应能力，表征和评价垫片非线性特性，且受
多种因素共同影响。本文基于石墨垫片的压缩回弹特性，对其研究方法及影响因素展开了论述，重点分析影响石墨垫片的压缩回
弹特性的因素及机理，为减少垫片泄露，增加系统的安全性和可靠性提供指导意义。
关键词 ： 石墨 ；垫片 ；压缩 ；回弹 ；特性
中图分类号 ： TQ327.6 文章编号 ： 1009-797X(2023)03-0029-04
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2023.03.006

0 引言 对螺栓法兰连接系统可采用模型主要有面对称模
螺栓法兰接头是压力容器和管道中应用最广泛的 型、二维轴对称模型、三维及模压成型有限元模型，
一种可拆卸静密封连接形式，其主要有螺栓、法兰和 石墨垫片采用弹塑性模型、加载段位多线性或者双线
垫片组成。其中垫片是控制螺栓法兰接头泄露的关键 性等向强化模型。大多数情况下建立模型时需要对螺
非线性部件，其复杂的压缩回弹特性对设备的密封性 栓法兰连接系统进行简化，有利于模型的建立及网格
能起着至关重要的作用，对垫片的压缩回弹特性的研 的划分，垫片的压缩回弹过程可看作两个阶段 : 加载
究，可减少系统的泄露，提高系统的稳定性，而石墨 阶段（垫片被压缩），卸载阶段（垫片回弹），对垫片
是一种结晶形碳的非金属脆性材料，因其良好的导热 不同的载荷、预紧力及温度等进行模拟可求解相应的
性、腐蚀性、抗辐照、蠕变松弛率低及柔性性能优异 结果并拟合得到曲线进行分析。
等优点被用于核电、石油及化工行业 [1~2] ，但其本身 Jaszak [4] 进行石墨 - 金属缠绕垫片的压缩回弹性
的强度、塑形及硬度较低，直接用作密封材料无法适 能有限元模拟研究，采用 Blatz-Ko 超弹模型模拟石
应高温及高压的环境且易散架，常跟一些金属材料形 墨材料，改变金属带的截面形状来降低其表面应力优
成复合增强板或金属垫片，石墨垫片常见的分类及型 化垫片性能。李军等 [5] 采用有限元模拟的方法对不同
式 [3] ：①柔性石墨与金属的复合板材②柔性石墨复合 结构参数的柔性石墨波齿复合垫片的压缩回弹性能进
于石棉橡胶板两侧③柔性石墨金属缠绕垫片④柔性石 行研究讨论，验证了波齿深度和波齿数量对提高垫片
墨金属齿形垫片⑤金属接触型石墨复合垫片（带金属 的压缩回弹性能影响并找到最佳值。有限元仿真模拟
支撑环），其中国内使用较多的属于①和③。为了更深 的方法用于石墨垫片的压缩回弹性能研究，在某种程
入研究石墨垫片的压缩回弹特性，大量的学者进行了 度上，节省成本，减少不必要的损耗，关键对其性能
相关实验及理论研究，并获得一定的成果。 可以做一定的预测，拟合的曲线有助于学者进一步的
开发和应用。
1 研究方法 1.2 试验方法
基于石墨垫片的压缩回弹特性研究，相关的学者 对于石墨垫片的压缩回弹性能研究，大量的学者
主要采用有限元仿真模拟、试验及将两者结合的方法， 也采用试验的方法去验证其性能以便更好的应用，试
研究了不同结构和类型的石墨垫片、预紧力大小、温
度及加载（卸载）速率对其压缩回弹特性的影响。 作者简介：殷小明（1992-），男，助理工程师，硕士研究生，
主要从事压力容器的检验及性能优化研究。
1.1 有限元仿真模拟 收稿日期 ：2022-04-07

年
2023 第 49 卷 ·29·