Analytical and numerical solutions of metal high-pressure wave-ring gasket and comparison with experimental results

• Autorzy: Szybiński B. , Trojnacki A.

Identyfikatory

DOI

10.1515/meceng-2015-0002

Warianty tytułu

PL

Analityczne i numeryczne obliczenia metalowej wysokociśnieniowej uszczelki typu B i porównanie z wynikami badań doświadczalnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with experimental investigations of a set of metal wave-ring gaskets of different thickness and different assembly interference. The gaskets were examined under assembly conditions, i.e. pressed in their seats with no operating pressure applied. The electric resistance wire strain gauges were used to measure the circumferential and axial strains at the inner surface of the gaskets. The traces of contact at the working surface of the gaskets were measured after disassembly the gaskets from their seats. The material tests were carried out to determine the real mechanical properties of materials applied for the gaskets and the seats. The results of experiment were verified by FEM calculations and compared with the analytical approach based on the simplified shell model proposed for the gasket.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań doświadczalnych zestawu metalowych wysokociśnieniowych uszczelek typu „B”, różniących się grubością i wciskiem montażowym. Badania wykonano w warunkach montażowych po wprowadzeniu uszczelek w gniazda, bez obciążenia połączenia ciśnieniem roboczym. Na wewnętrznej, cylindrycznej powierzchni uszczelek mierzono odkształcenia obwodowe i osiowe przy użyciu tensometrów oporowych. Po odciążeniu i demontażu zmierzono szerokość strefy kontaktu plastycznie odkształconej powierzchni roboczej uszczelki. Zostały również wykonane badania materiałowe uszczelek oraz gniazd. Przeprowadzono numeryczną weryfikację wyników pomiarów za pomocą obliczeń MES, w których uwzględniono nieliniowe własności materiałów złącza, efekty kontaktowe oraz tarcie na powierzchni kontaktu. Dodatkowo porównano wyniki pomiarów z obliczeniami analitycznymi, otrzymanymi w oparciu o uproszczony powłokowy model uszczelki.

Słowa kluczowe

EN

high-pressure closure; metal wave-ring gasket; experimental investigations; finite element method; FEM

PL

zamknięcie wysokociśnieniowe; metalowa-uszczelka pierścieniowa; badania eksperymentalne; metoda elementów skończonych; MES

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. LXII, nr 1
• Strony: 19--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Szybiński B.

• Institute of Machine Design, Cracow University of Technology, Al. Jana Pawła II No. 37, 31-864 Kraków, Poland

autor

Trojnacki A.

• Institute of Machine Design, Cracow University of Technology, Al. Jana Pawła II No. 37, 31-864 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] Freeman A.R.: Gaskets for high-pressure vessels. In: Pressure Vessel and Piping Design. Collected Papers 1927-1959, 1960, pp. 165-168.
• [2] Realization of technical documentation of the reactor 41/42 V-7 for the polyethylene installation. Report TPP-5 Cracow University of Technology, 2000.
• [3] Ryś J.: An analysis of high-pressure connections with wave-ring gasket, Proc. XXI Symposium on Machine Design, 2003, Vol. II, pp. 183-188.
• [4] Ryś J., Trojnacki A., Betleja T.: Theoretical analysis of metal wave-ring gasket for high-pressure joints, Proc. Xth Int. Conf. Seals and Sealing Technology in Machines and Devices, 2004, pp. 54-62.
• [5] Szybiński B., Trojnacki A.: Experimental verification of stress-strain analysis of metal wavering gasket. Mechanical Review, 2011, Vol. 7-8’11, pp. 50-57.
• [6] Trojnacki A.: Druckstandfestigkeit und Betriebseigenschaften von Doppelwellendichtungen. Chemie Ingenieur Technik, 2011, Vol. 83, No. 3, pp. 377-385.
• [7] Ryś J., Szybiński B., Trojnacki A.: Computational model of metal high-pressure wave-ring gasket. Technical Transactions, 2006, z. 11-M/2006, pp. 63-87.
• [8] ANSYS. Release 8.0. Swanson, Analysis System Inc., 2003.
• [9] Wriggers P.: Computational contact mechanics. West Sussex, John Wiley&Sons, Ltd, 2002.
• [10] Krasiński M., Szybiński B.: Numerical analysis of contact problems in high pressure sealing, Proc. XXII Symposium on Machine Design, 2005, Vol. III, pp. 227-232.
• [11] Stein E.: Error-controlled adaptive finite elements in solid mechanics. West Sussex, John Wiley&Sons, Ltd, 2003.
• [12] Życzkowski M. (Ed.): Technical Mechanics. Vol. IX, Strength of structural elements. Warszawa, PWN, 1988.
• [13] Krukowski A., Tutaj J.: Deformable joints. Warszawa, PWN, 1987.
• [14] Woźniak C. (Ed.): Technical Mechanics. Vol. VIII, Mechanics of elastic plates and shells. Warszawa, PWN, 2001.
• [15] Kozłowski T.: Theory of plasticity. Warszawa, Arkady, 1968.
• [16] Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S.: Theory of plates and shells. Warszawa, Arkady, 1962.
• [17] Walczak J.: Strength of materials and elements of elasticity and plasticity. Warszawa, PWN, 1973.
• [18] Bijak-Zochowski M. (Ed.): Strength of structures, Vol. 2. Warszawa, Editorial Board of Warsaw University of Technology, 2004.
• [19] Norton R.L.: Machine design. An integrated approach. New Jersey, Pearson Education LTD, 2006.