化工学报 ›› 2022, Vol. 73 ›› Issue (12): 5526-5536.DOI: 10.11949/0438-1157.20221175
张志敏1,2(), 丁雪兴1(), 张兰霞1, 力宁3, 司佳鑫3
收稿日期:
2022-08-25
修回日期:
2022-10-27
出版日期:
2022-12-05
发布日期:
2023-01-17
通讯作者:
丁雪兴
作者简介:
张志敏(1990—),男,博士研究生,讲师,zhangzhimin0911@163.com
基金资助:
Zhimin ZHANG1,2(), Xuexing DING1(), Lanxia ZHANG1, Ning LI3, Jiaxin SI3
Received:
2022-08-25
Revised:
2022-10-27
Online:
2022-12-05
Published:
2023-01-17
Contact:
Xuexing DING
摘要:
针对航空发动机石墨浮环密封端面磨损问题,基于修正的分形接触理论及Archard磨损理论,从微观角度推导出石墨浮环密封端面的分形磨损预估模型,并采用文献实验数据验证模型的合理性。最后通过数值仿真方法分析研究表面形貌参数及工况参数对浮环密封端面磨损率的影响规律。研究结果表明:石墨浮环密封端面磨损率随着分形维数的增加,先增大后减小,当分形维数处于1.45~1.65时存在最小磨损率;当分形维数一定时,石墨浮环密封端面的磨损率随表面特征尺度、摩擦因数及浮环滑移速度的增大而增大;石墨浮环密封端面的磨损率主要与频率指数最小等级及后续的7个等级微凸体相关,其余微凸体对整个浮环密封端面的磨损率影响可忽略不计。
中图分类号:
张志敏, 丁雪兴, 张兰霞, 力宁, 司佳鑫. 浮环密封端面分形磨损预估模型及数值分析[J]. 化工学报, 2022, 73(12): 5526-5536.
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模型参数 | 参数值 |
---|---|
钢销弹性模量E1/ GPa | 116.5 |
摩擦因数f | 0.058 |
特征尺度G/ m | |
钢销屈服应力σy/MPa | 300 |
弹性变形磨损系数Ke1 | |
塑性变形磨损系数Ke3 | |
平均滑移速度v/(m/s) | 0.69 |
法向接触载荷P /MPa | 0.42 |
名义接触面积Aa / m2 |
表1 文献实验参数[29]
Table 1 Literature test parameter[29]
模型参数 | 参数值 |
---|---|
钢销弹性模量E1/ GPa | 116.5 |
摩擦因数f | 0.058 |
特征尺度G/ m | |
钢销屈服应力σy/MPa | 300 |
弹性变形磨损系数Ke1 | |
塑性变形磨损系数Ke3 | |
平均滑移速度v/(m/s) | 0.69 |
法向接触载荷P /MPa | 0.42 |
名义接触面积Aa / m2 |
模型参数 | 参数值 |
---|---|
合金钢弹性模量E2/ GPa | 365 |
石墨弹性模量E3/ GPa | 20 |
石墨屈服应力σy/ MPa | 50 |
合金钢泊松比ν1 | 0.24 |
石墨泊松比ν2 | 0.29 |
弹性变形磨损系数Ke1 | |
弹塑性变形磨损系数Ke2 | |
塑性变形磨损系数 Ke3 | |
平均滑移速度 v/(m/s) | 0.176×10-3 |
石墨浮环密封端面内径d1/m | 0.0832 |
石墨浮环密封端面外径d2 | 0.0898 |
石墨浮环端面载荷P /MPa | 0.28 |
表2 浮环形貌参数、材料参数及工况参数[14,30]
Table 2 Floating ring shape parameters, material parameters and working condition parameters[14,30]
模型参数 | 参数值 |
---|---|
合金钢弹性模量E2/ GPa | 365 |
石墨弹性模量E3/ GPa | 20 |
石墨屈服应力σy/ MPa | 50 |
合金钢泊松比ν1 | 0.24 |
石墨泊松比ν2 | 0.29 |
弹性变形磨损系数Ke1 | |
弹塑性变形磨损系数Ke2 | |
塑性变形磨损系数 Ke3 | |
平均滑移速度 v/(m/s) | 0.176×10-3 |
石墨浮环密封端面内径d1/m | 0.0832 |
石墨浮环密封端面外径d2 | 0.0898 |
石墨浮环端面载荷P /MPa | 0.28 |
D | G/m | nec | nepc | npc |
---|---|---|---|---|
1.5 | 20 | 25 | 32 | |
1.6 | 25 | 29 | 35 | |
1.7 | 29 | 32 | 37 |
表3 微凸体临界频率指数
Table 3 The critical frequency index of asperities
D | G/m | nec | nepc | npc |
---|---|---|---|---|
1.5 | 20 | 25 | 32 | |
1.6 | 25 | 29 | 35 | |
1.7 | 29 | 32 | 37 |
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