Page 78 - 《橡塑技术与装备》2023年3期
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橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT
验装置一般采用专业的垫片性能测试装置及配备相 垫片的压缩 - 回弹性能，结果表明试验结果与有限元
关的仪器设备，实验条件尽可能按照相关标准，如 数值模拟得到垫片的非线性压缩 - 回弹曲线吻合，并
《核电厂核级石墨密封垫片试验方法》、B/T12622 发现与工程常用的柔性石墨 - 不锈钢金属缠绕垫片结
《管法兰用垫片压缩率和回弹量试验方法》及 GB/T 构相比，减少石墨带宽度可以在不同程度上提高螺栓
19066.3—2003《柔性石墨金属波齿复合垫片技术条 法兰连接系统的密封性能。
件》。为了尽可能让实验的结果准确，可对实验工况采
用三因子三水平 (Lp(3)4) 或正交试验的方法以减少干 2 影响石墨垫片压缩回弹性能的因素
扰性。 石墨垫片压缩回弹性能的可通过压缩量、压缩率、
滕加庄等 [6] 采用不同宽度平钢带设计出 3 种柔性 回弹量及回弹率来表征。垫片受压缩应力的作用，在
石墨金属缠绕垫片，对其进行三因子三水平压缩回弹 初始压缩后，其厚度的改变量为其压缩性，表征了垫
性能优化试验研究，寻找出影响压缩回弹特性的重要 片柔软性的大小，其实质体现了垫片的承载能力强弱，
参数，找出性能的最佳参数组合。 通常在相关的研究中，用压缩率表示垫片的承载能力，
陈庆等 [7] 建立波齿结构力学模型，进行三因子三 其公式 :
水平压缩 - 回弹性能优化试验研究，寻找性能最佳影 δ 0
C= t ×100% （1）
响因素组合。陈冉等 [8] 试验研究了不同温度、不同垫
δ 0 为垫片在总载荷下的压缩量，mm ； t 为垫片的
片下石墨缠绕垫片的压缩回弹性能，发现垫片的回弹
厚度，mm。
量和回弹率具有明显伴随温度上升而上升趋势，压缩
垫片在卸载应力后，从被压缩状态恢复其相应厚
量和压缩率略有下降趋势。
度的回复量为其回弹性，表征对密封面分离后的补偿
杨书益 [9] 对核电用石墨密封垫片的压缩回弹性能
能力，体现了垫片的回弹能力，通常用回弹率表示，
开展试验研究，施加 35 MPa 的应力载荷，发现此时
其公式 ：
的试验效果较好，为石墨垫片的选取提供了理论依据。 δ 0 -δ 1
1.3 模拟及试验结合的方法 R e = δ 0 ×100% （2）
为对石墨垫片的压缩回弹性能研究更加准确及深 δ 0 为垫片在总载荷下的压缩量，mm，δ 1 为垫片
入，相关学者采用有限元仿真模拟及试验结合的方法， 在卸载后的压缩量，mm。
一般先采用有限元仿真模拟分析其结果并拟合相应的 影响石墨垫片压缩回弹特性的因素很多，相关学
曲线，对曲线进行拓展，发现其变化规律，使其结果 者对石墨垫片的压缩回弹特性展开了大量研究，包括
具有更普遍性，其次采用试验的方法对模拟的结果进 不限于研究了不同的结构和类型石墨垫片、预紧力、
行验证，增强其说服力，同时也为石墨垫片性能的研 温度及加载（卸载）速率对压缩 - 回弹性能的影响，
究提供另一种途径。 可将这些影响因素分为外部因素和内部因素，内部因
周先军等 [10] 通过正交试验及有限元方法研究了石 素主要有石墨垫片的结构及类型，外部因素包括预紧
墨缠绕垫片的压缩回弹性能，结果表明石墨缠绕垫片 力、温度计加载（卸载）速率等。
经过预压缩具有更好的性能。 2.1 内部因素
王琪瑶 [11] 采用试验及有限元模拟相结合的方法研 垫片的结构及类型也会影响其压缩回弹特性，由
究核级石墨密封片的压缩回弹特性，在压缩回弹性能 于石墨本身的强度、塑形及硬度较低，常跟一些金属
试验的基础上，根据多次试验数据结果，利用数据分 材料形成复合增强板或金属垫片，而石墨复合垫片的
析，改进了核级石墨密封垫片压缩曲线和回弹曲线的 结构和类型本身的内部因素对其压缩回弹性能产生较
解析表达式，得到方程回归系数，从而探究不同因素 大的影响。
对压缩回弹性能的影响，并建立螺栓 - 法兰 - 垫片密 李多民等 [13] 试验研究了三种不同结构尺寸的石墨
封结构的有限元模型，进一步验证了拟合方法得到的 金属波齿复合垫片在常温下的压缩回弹性能，并测得
压缩回弹特性的正确性和在工程中的可操作性。 压缩回弹性能曲线。结果发现，垫片的厚度、外径及
王修慧等 [12] 以柔性石墨 - 不锈钢金属缠绕垫片 内径影响其压缩回弹性能且发现波齿复合垫片的压缩
为研究对象，采用试验与数值模拟相结合的方法研究 率及回弹率满足设备对密封的要求。
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