橡胶O形圈密封结构老化状态的响应特性研究

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橡胶密封结构广泛应用于军事领域和民用领域的机械设备中,但在设备的长时间贮存和运用过程中,橡胶密封材料会发生老化现象,使结构的服役性能退化,进而影响机械设备的运行安全。因此,研究基于动态响应信号的橡胶密封结构老化状态检测方法,实现结构老化状态的无损、在线、定量检测是工程实际的迫切需要。本文基于有限元法研究了橡胶O形圈密封结构不同老化状态下的响应特性变化规律,为结构老化状态的无损、在线、定量检测方法研究提供了理论基础和先验性知识。主要工作如下:(1)采用“建模-导入-前处理”的方法构建了橡胶O形圈密封结构实验装置的有限元模型,各项前处理过程均符合实际情况。通过输入相同材料不同老化参数的形式实现了等效模型不同老化状态的目的,模型同时达到了计算精度与运算时间的要求。(2)利用建立好的有限元模型,基于有限元法计算了不同压缩率、不同老化状态情况下结构的固有频率和模态振型,总结了结构固有频率与结构老化状态间的变化规律。根据有限元模态分析结果,完成了结构在不同老化状态下的随机振动分析及其谐响应分析,总结了橡胶O形圈密封结构的老化状态与动态响应峰值间的变化规律。(3)通过设计并搭建实验台,使用采集软件和控制软件完成了实验装置的脉冲激励实验与随机激励实验,提取了模态参数及其响应参数。使用有限元分析结果与实验结果对比的方法验证了结构有限元模型的有效性。通过模型修正的方法进一步提高了模型的准确性和可信度。研究结果表明:有限元计算结果与实验提取结果相符。从而验证了本文所得出的分析结论:橡胶O形圈密封结构的各阶固有频率和动态响应峰值都随着结构老化程度的加深而不断增大。本文建立的橡胶O形圈密封结构有限元模型精确可靠,所得结论能够反映橡胶O形圈密封结构老化状态的响应特性及其变化情况,可以为其老化状态的无损、在线、定量检测方法研究提供理论依据。
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