Model obliczeniowy metalowej wysokociśnieniowej uszczelki typu "2-delta"

• Autorzy: Krasiński M. , Trojnacki A.

Warianty tytułu

EN

Computational model of metal high-pressure "2-delta" gasket

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Połączenia z metalową uszczelką typu "2-delta" są używane w wysokociśnieniowych urządzeniach do mocowania dodatkowego osprzętu o niewielkich wymiarach. Szczelność złącza zapewnia nacisk pomiędzy utwardzoną uszczelką a odkształconą plastycznie powierzchnią krawędzi gniazda. W niniejszym artykule przedstawiono i przeanalizowano dwa modele obliczeniowe połączenia z zastosowaniem metalowej uszczelki typu "2-delta". W pierwszym przypadku uszczelkę zamodelowano grubościennym elementem pierścieniowym, obciążonym ciśnieniem wewnętrznym i siłami ściskającymi. Drugi model nawiązuje do osiowo-symetrycznej powłoki walcowej, podpartej obwodowo na wewnętrznej krawędzi gniazda połączenia. Przeprowadzono analizę wytrzymałościową uszczelki, w wyniku której otrzymano rozkłady przemieszczenia, naprężeń i wytężenia na jej długości. W opisie strefy kontaktu uszczelki z gniazdem zostały uwzględnione plastyczne odkształcenia gniazda. Rozwiązanie analityczne otrzymano wykorzystując teorię linii poślizgu i metodę charakterystyk. Wyniki obliczeń zamieszczono dla wybranej, technicznie uzasadnionej geometrii połączenia oraz ustalonego ciśnienia i porównano z numerycznymi obliczeniami MES, w których uwzględniono nieliniowe własności materiałów złącza oraz tarcie na powierzchni styku. W artykule dokonano oceny przydatności uproszczonych modeli obliczeniowych uszczelki, które mogą mieć zastosowanie w inżynierskich obliczeniach połączeń.

EN

The closures with metal "2-delta" gaskets are used in high-pressure equipment to fix additional accessories as they are better adopted to small rather than to large openings. The leak tightness of the closure is ensured by means of the compression between the hardened gasket and deformed edge of the seat caused by the assembly force. Two simplified computational models of the gasket are presented in the paper. Thick-walled ring and axi-symmetric shell locally supported at the internal edge of the seat are adopted as the gasket models. The stress-strain analysis is carried out to determine the distributions of deflection, stress and strength along the gasket. The plastic deformations are taken into account in the investigations of the contact region between the gasket and the seat. The analytical solution is obtained on the basis of the shear line pattern and steady plastic flow theory. The results of the analytical approach are compared with the numerical results of the FEM calculations, which take into account the linear hardening of the material, friction and contact effects. Actually, no procedures exist which can be applied in design projects of the closures with "2-delta" gaskets. In each individual case of technical application a set of complex and time-consuming calculations must be carried out. The investigations are carried out to verify the proposed simplified models which can be used in engineering calculations.

Słowa kluczowe

PL

analiza wytrzymałościowa; MES (metoda elementów skończonych); metalowe uszczelki typu "2-delta"; połączenia wysokociśnieniowe; urządzenia wysokociśnieniowe

EN

FEM; high-pressure closures; high-pressure equipment; metal "2-delta" gaskets; stress-strain analysis

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Mechanika
• Rocznik: 2009
• Tom: R. 106, z. 3-M
• Strony: 31--58
• Opis fizyczny: Rys., wz., tab., wykr.,Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Krasiński M.

autor

Trojnacki A.

• Instytut Konstrukcji Maszyn, Wydział Mechaniczny, Politechnika Krakowska

Bibliografia

• [1] Bathe K.J., Finite element procedures in engineering analysis, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1982.
• [2] Deininger J., Strohmeier K., Metalldichtungen für hohe Drücke, Dichtungstechnik, Heft 1, Mai 2000, 31-35.
• [3] Freeman A.R., Gaskets for high-pressure vessels, Pressure Vessel and Piping Design, Collected Papers 1927 – 1959. ASME 1960, 165-168.
• [4] Hill R., The plastic yielding of notched bars under tension, Q. J. Mech. Appl. Math., Vol. 2, 1949.
• [5] Hill R., Lee E.H., Tupper S.J., The theory of wedge indentation of ductile materials, Proc. Roy. Soc., (A) 188, London 1947, 273-289.
• [6] Hughes T.J.R., The finite element method. Linear static and dynamic finite element analysis, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey 1987.
• [7] Kozłowski T., Zarys teorii sprężystości, Arkady, Warszawa 1968.
• [8] Krasiński M., Szybiński B., Numeryczna analiza zagadnień kontaktu w uszczelnieniach wysokociśnieniowych, Materiały XXII Sympozjonu PKM, t. III, Jurata 2005, 227-232.
• [9] Lipka J., Wytrzymałość maszyn wirnikowych, WNT, Warszawa 1967.
• [10] Prager W., Hodge P.G. Jr., Theory of perfectly plastic solids, J. Wiley & Sons, Ltd., New York 1951.
• [11] Prandtl L., Über die Härte plastischer Körper, Götinger Nachrichten mat.-phys., 1920.
• [12] Ryś J., Analiza zamknięcia wysokociśnieniowego z uszczelką metalową typu B, Materiały XXI Sympozjonu PKM, t. II, WNT, Warszawa 2003, 183-188.
• [13] Ryś J., Szybiński B., Trojnacki A., Model obliczeniowy metalowej wysokociśnieniowej uszczelki typu „B”, Czasopismo Techniczne, z. 11-M/2006, Wyd. Politechniki Krakowskiej, Kraków 2006, 63-87.
• [14] Ryś J., Trojnacki A., Betleja T., Analiza teoretyczna pracy metalowego uszczelnienia typu B w połączeniach wysokociśnieniowych, Materiały X Międzynarodowej Konferencji Uszczelnienia i Technika Uszczelniania Maszyn i Urządzeń, Polanica Zdrój 2004, 54-62.
• [15] Ryś J., Zieliński A., Uszczelnianie zbiorników wysokociśnieniowych za pomocą tulei dwustożkowej, Przegląd Mechaniczny, z. 7/77, Warszawa 1977, 224-229.
• [16] Stein E., Error–controlled adaptive finite elements in solid mechanics, J. Wiley&Sons Ltd., West Sussex 2003.
• [17] Szczepiński W., Teoria obróbki plastycznej metali, PWN, Warszawa 1964.
• [18] Szewczyk K., Połączenia gwintowe, PWN, Warszawa 1991.
• [19] Timoshenko S., Woinowsky-Krieger S., Teoria płyt i powłok, Arkady, Warszawa 1962.
• [20] Woźniak Cz. (red.), Mechanika Techniczna T. VIII. Mechanika sprężystych płyt i powłok, PWN, Warszawa 2001.
• [21] Wriggers P., Computational contact mechanics, J. Wiley&Sons Ltd., West Sussex 2002.
• [22] Zienkiewicz O.C., Metoda elementów skończonych, Arkady, Warszawa 1972.
• [23] Życzkowski M. (red.), Mechanika Techniczna T. IX. Wytrzymałość elementów konstrukcyjnych, PWN, Warszawa 1988.
• [24] ANSYS. Release 8.0, Analysis System Inc., Swanson 2003.
• [25] Leksykon materiałoznawstwa, T. I, T. II, Verlag Dashöfer, Warszawa 2002.
• [26] Raport TPP–5 Politechniki Krakowskiej: Wykonanie dokumentacji technicznej reaktora 41/42 V-7 z instalacji polietylenu, Kraków 2000.