排气管多层复合垫片密封性研究
复合型密封垫片材料
复合型密封垫片材料1.引言1.1 概述复合型密封垫片材料作为一种关键的工程材料，在各个领域中扮演着重要的角色。
随着技术的不断创新和工业的发展，对于密封件的要求也越来越高。
传统的密封垫片材料难以满足各种严苛的工况要求，而复合型密封垫片材料的出现填补了这一空白。
复合型密封垫片材料是由不同种类的材料通过复合制备而成的，这些材料可以是金属、橡胶、塑料、陶瓷等。
它们的组合形成了一种具有特殊性能的材料，能够在高温、高压、腐蚀等苛刻条件下保持良好的密封性能。
与传统的单一材料密封垫片相比，复合型密封垫片材料具有更高的耐磨损性、耐腐蚀性和耐温性。
同时，由于不同材料的协同作用，复合型密封垫片材料在密封性能、可靠性和使用寿命方面也得到了显著提升。
复合型密封垫片材料广泛应用于航空航天、汽车制造、化工、石油、电力等领域。
在航空航天领域，复合型密封垫片材料被用于发动机涡轮机构和高压液压系统的密封件中，以确保系统的可靠性和安全性。
在汽车制造领域，复合型密封垫片材料被用于发动机汽缸盖、传动系统和制动系统的密封中，以提高汽车的性能和可靠性。
随着技术的不断进步，复合型密封垫片材料的研究和应用也在不断扩展。
进一步提高复合型密封垫片材料的制备工艺和性能，是当前研究的热点和挑战。
同时，探索新型材料和设计理念，开发出更加高效、环保和可持续的复合型密封垫片材料，也是未来的研究方向。
综上所述，复合型密封垫片材料的出现和应用为各个领域的工程实践带来了许多优势和可能性。
通过不同材料的巧妙组合，复合型密封垫片材料在提高密封性能和可靠性的同时，也为工业的发展和创新提供了重要支持和保障。
因此，进一步研究和推广复合型密封垫片材料具有重要的现实意义和广阔的发展前景。
1.2文章结构1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分，下面将详细介绍各个部分的内容安排。
1. 引言引言部分主要包含概述、文章结构和目的三个方面的内容。
1.1 概述在概述部分，我们将对复合型密封垫片材料进行简要介绍。
基于有限元的排气歧管垫片密封性研究
基于有限元的排气歧管垫片密封性研究路明【摘要】为了研究排气歧管垫片的密封性能,基于有限元的方法,分析三种工况:全速全负荷、倒拖以及怠速工况的瞬态温度场,基于瞬态循环研究排气歧管垫片的面压变化情况,以及排气歧管螺栓的螺栓力衰减情况。
分析结果表明,某汽油机的排气歧管垫片最低面压仍能达到24MPa,螺栓力最低在8kN以上,满足密封性要求。
【期刊名称】《汽车制造业》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】2页(P42-43)【关键词】排气歧管;密封性能;有限元;垫片;瞬态温度场;怠速工况;全负荷;螺栓【作者】路明【作者单位】[1]江淮汽车集团股份有限公司;【正文语种】中文【中图分类】TH136为了研究排气歧管垫片的密封性能，基于有限元的方法，分析三种工况：全速全负荷、倒拖以及怠速工况的瞬态温度场，基于瞬态循环研究排气歧管垫片的面压变化情况，以及排气歧管螺栓的螺栓力衰减情况。
分析结果表明，某汽油机的排气歧管垫片最低面压仍能达到24 MPa，螺栓力最低在 8 kN以上，满足密封性要求。
在发动机运转过程中，排气歧管及螺栓长时间处于高温状态、高低温转换的工作状态下。
排气歧管螺栓在初始拧紧后发生弹性变形，获得的预紧力在长时间高温状态下发生蠕变，温度变化后发生塑性变形。
总的塑性变形将取代原有的弹性变形，使螺栓产生松弛，最终螺栓预紧力发生衰减，而排气歧管和缸盖的变形会降低垫片局部的面压，导致排气歧管垫片的密封性能下降，严重情况下发生漏气现象。
本文基于有限元的方法，模拟组合工况的排气歧管、缸盖以及螺栓的温度变化，并结合温度载荷以及机械载荷计算组合工况的变形、垫片面压分布以及螺栓力的变化情况，结合多个指标对排气歧管垫片面压分布进行分析，判断是否有漏气的风险。
有限元模型需要考虑各工况下缸盖温度变化的影响，同时为了减少网格数量，分析更关注缸盖排气侧的温度分布，因此模型包括排气侧的半个缸盖、排气门座圈、排气歧管、垫片、排气歧管螺栓及增压器蜗壳等，有限元模型如图1所示。
多层金属片制密封垫在汽车发动机中的应用研究
多层金属片制密封垫在汽车发动机中的应用研究随着汽车工业的不断发展，发动机的性能和可靠性要求也越来越高。
对于发动机来说，密封系统是其正常运行的关键之一。
而多层金属片制密封垫的应用在汽车发动机领域得到了广泛的关注和应用，本文将对其应用的研究进行探讨和分析。
首先，多层金属片制密封垫在汽车发动机中的应用可以提高密封性能。
在发动机工作过程中，高压和高温环境下的气体和液体压力会对密封系统产生巨大的挑战。
传统的单层密封垫往往无法满足这种高要求。
而多层金属片制密封垫通过将多层金属片叠加堆积，形成了更加均匀、紧密的密封结构，可以有效抵御高压和高温下的泄漏和渗透。
其次，多层金属片制密封垫在汽车发动机中的应用可以提高密封的耐久性和可靠性。
在发动机运行过程中，由于振动、热膨胀和机械应力等因素的影响，传统密封垫容易出现老化、裂纹和损坏等现象。
而多层金属片制密封垫由于其材料的特性和结构的设计，具有更好的强度和耐久性，可以有效延长密封垫的使用寿命。
此外，多层金属片制密封垫在汽车发动机中的应用还可以提高发动机的性能和燃油经济性。
密封系统的性能直接影响着发动机的效率和能耗。
多层金属片制密封垫具有更低的摩擦系数和更高的热导率，可以减少能量损耗和热量堆积，从而提高发动机的运行效率和燃烧效率，降低燃油消耗。
此外，多层金属片制密封垫还有改善排放控制和减少污染物排放的作用。
随着环境保护意识的增强，汽车工业对于废气排放的控制要求也越来越严格。
多层金属片制密封垫通过改善密封性能，减少废气和污染物的泄漏和排放，有助于提高汽车的环境友好性和可持续发展。
然而，多层金属片制密封垫在应用过程中也存在一些挑战和问题。
首先，其制造工艺相对复杂，需要高精度的加工和组装技术。
其次，高负载运行下的磨损和热膨胀等因素会对密封垫的性能和稳定性产生影响。
因此，在实际应用中，需要综合考虑材料选取、涂层处理、结构设计等多个因素，进行合理的优化和改进。
综上所述，多层金属片制密封垫在汽车发动机中的应用具有诸多优势和潜力。
发动机用高性能复合密封垫片研制开发
发动机用高性能复合密封垫片研制开发随着汽车工业的快速发展，更高的性能和更高的可靠性成为了每个汽车制造商都必须面对的挑战之一。
作为汽车重要的驱动系统之一，发动机的性能和可靠性对整个汽车的质量和安全性起着至关重要的作用。
为了提高发动机的性能和可靠性，研发高性能复合密封垫片已经成为当今汽车工业的一个热门领域。
高性能复合密封垫片主要是为发动机提供高效的密封性能，以保证发动机在高速运转状态下的稳定性和可靠性。
目前市场上已经有很多种不同的密封垫片，但是大多数都存在着一些缺点，例如易老化、易磨损、不耐高温等问题。
为了克服这些问题，研究人员开始探索使用复合材料来制造发动机密封垫片。
高性能复合密封垫片的研制涉及到多个方面的技术和知识。
首先，需要选择合适的复合材料作为密封垫片的主要材料，如高温环氧树脂、苯基石墨等。
其次，需要探索如何将复材料加工成合适的密封垫片形状，同时保证其高精度和高质量。
最后，需要对新型复合密封垫片进行全面的性能测试和研究，以确保其可靠性和性能。
在研究高性能复合密封垫片的过程中，需要重点研究以下几个方面：1. 材料的选择。
选择合适的复材料以保证密封垫片在高温、高压等极端环境下的稳定性和可靠性。
2. 密封垫片的加工工艺。
设计合适的加工工艺，并针对复材料特性进行相应的工艺改进，以确保密封垫片具有高精度和高质量。
3. 密封垫片的性能测试。
对新型密封垫片进行全面的性能测试和研究，以确保其可靠性和性能。
在进行高性能复合密封垫片的研制开发时，需要注意以下几个方面：1. 研发时间。
密封垫片研发需要一定的时间，需要在规定的时间内完成。
2. 质量保证。
密封垫片是关键元件，质量问题可能会对整个汽车造成重大损失，必须确保其高质量和可靠性。
3. 成本控制。
密封垫片的成本必须得到控制，并且要达到成本和性能的平衡点。
总的来说，高性能复合密封垫片的研制开发是一个复杂而又艰巨的工作。
研究人员需要综合考虑多个因素，如材料性能、密封垫片加工工艺、性能测试等，以保证密封垫片具有高耐用性、高稳定性和高可靠性。
多层金属片制密封垫的压力分析与结构优化
多层金属片制密封垫的压力分析与结构优化随着工业技术的不断发展，多层金属片制密封垫在工程领域中的应用越来越广泛。
作为一种常见的密封材料，它在机械设备、汽车、航空航天等领域起着至关重要的作用。
本文将对多层金属片制密封垫的压力分析与结构优化进行探讨。
首先，多层金属片制密封垫的压力分析是为了验证其在实际工作状态下的使用性能。
压力分析的关键在于确定所受到的压力分布及其对材料的影响。
在对多层金属片制密封垫进行压力分析时，我们需要考虑以下几个方面：1. 垫片的材料特性：多层金属片制密封垫通常由不同厚度和材料的金属层叠加而成。
每种金属材料都有不同的弹性模量、屈服强度和热膨胀系数，因此在分析压力分布时需要考虑不同金属层之间的相互作用。
2. 工作环境条件：压力分析需要考虑多层金属片制密封垫所处的工作环境条件，如温度、湿度和化学介质等。
这些因素可能对垫片的材料性能产生影响，因此需要纳入分析范围。
3. 边界条件：在分析压力分布时，我们需要确定多层金属片制密封垫所受到的边界条件，包括载荷大小、载荷方向和载荷位置。
这些边界条件的确定将直接影响压力分布的结果。
通过利用有限元分析方法，可以对多层金属片制密封垫进行压力分布的模拟。
有限元分析通过将结构离散化为几何单元，通过求解节点的位移和应力状态来预测整个结构的行为。
通过该方法，我们可以得到多层金属片制密封垫在不同工况下的压力分布情况。
在进行压力分析后，我们可以进一步对多层金属片制密封垫的结构进行优化。
结构优化的目的是改善密封垫的使用性能，提高其密封效果。
以下是进行多层金属片制密封垫结构优化的一些建议：1. 板材选择：在多层金属片制密封垫的设计中，应选择具有良好弹性和强度的金属材料，以提高其耐压性能。
同时，应根据工作环境的要求选择合适的耐腐蚀性能的金属材料，以防止材料腐蚀造成的泄漏问题。
2. 结构参数优化：多层金属片制密封垫的结构参数，如金属片的厚度、数量和排列方式等，都会直接影响其密封效果。
管法兰用垫片密封性能试验方法-最新国标
管法兰用垫片密封性能试验方法1范围本文件规定了管法兰用垫片密封性能的A、B、C三种试验方法。
本文件的三种试验方法均适用于非金属平垫片（无或有嵌入物），包括由橡胶板、非石棉橡胶板、软木橡胶板、聚四氟乙烯板、膨胀或改性聚四氟乙烯板、柔性石墨板（无或有金属薄箔或冲刺薄板增强）等切割而成的垫片；半金属垫片，即非金属与金属材料复合的成型垫片，包括缠绕式垫片、金属包覆垫片、具有覆盖层（柔性石墨或聚四氟乙烯等）的齿形金属、波形金属或波齿形金属垫片；聚四氟乙烯包覆垫片；金属平垫片。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T15823无损检测氦泄漏检测方法3术语和定义本文件没有需要界定的术语和定义。
4试验方法A4.1试验装置4.1.1试验在专用的垫片综合性能试验装置上进行。
试验装置由垫片加载系统、介质供给系统、测漏系统及试验法兰等组成，如图1所示。
4.1.2垫片加载系统应能提供规定的垫片预紧应力并能控制恒定的加载、卸载速度。
试验过程中垫片预紧应力的波动应在规定值的±2％范围之内。
当垫片预紧应力≤35MPa时，加载、卸载速度为0.2MPa/s；当垫片预紧应力＞35MPa时，加载、卸载速度为0.5MPa/s。
4.1.3试验介质供给系统应能提供规定的试验介质压力。
试验过程中介质压力的波动应在规定值的±2%范围之内。
4.1.4泄漏率测量采用集漏空腔增压法，泄漏率计算基于理想气体定律。
在垫片外侧、上下法兰面间应经严格标定。
测漏系统分辨率应不低于10-5cm3/s。
设置一个密闭的环形测漏空腔，测漏空腔的容积Vc4.1.5试验法兰采用模拟法兰，密封面为突面。
试验法兰应具有足够的刚度，以确保能承受加载载荷，并不发生因压板变形而影响垫片表面应力的情况。
多层金属片制密封垫的密封性能测试与评估
多层金属片制密封垫的密封性能测试与评估摘要：本文针对多层金属片制密封垫的密封性能进行了全面的测试与评估。
通过实验数据的分析与对比，我们评估了多层金属片制密封垫在不同工况下的密封性能，并提出了进一步改进的建议，以满足实际应用中的需求。
关键词：多层金属片密封垫、密封性能、测试、评估、改进1. 引言多层金属片密封垫广泛应用于工业领域中的密封件。
它具有高温、高压、高耐腐蚀等特点，适用于液体和气体的密封。
然而，由于多层金属片密封垫的具体密封性能与工况有关，因此需要进行严格的测试和评估以确保其性能满足应用需求。
2. 密封性能测试方法2.1 密封压力测试密封压力是衡量密封垫性能的重要指标之一。
我们将多层金属片密封垫装配到密封试验设备中，并逐渐增加压力，记录压力与泄漏率的关系曲线。
通过该曲线，我们可以判断密封垫在不同压力下的密封效果，并对其进行评估。
2.2 密封强度测试密封强度是指垫片在表面压力作用下产生的强度。
我们采用拉力试验机对密封垫进行拉伸测试，并记录其变形和破坏点。
通过分析测试结果，我们可以评估密封垫的强度和耐用性。
2.3 密封材料测试密封垫的材料是影响密封性能的关键因素之一。
我们对多层金属片密封垫的材料进行了材料成分分析，并采用扫描电子显微镜观察其微观结构。
通过对材料性质的测试，我们可以了解材料的特性，从而评估其对密封性能的影响。
3. 密封性能评估通过对密封性能测试数据的分析与比较，我们对多层金属片密封垫的性能进行了评估。
以下是对密封性能的主要评估参数：3.1 密封效果评估根据密封压力测试结果，我们可以评估多层金属片密封垫在不同压力下的泄漏情况。
通过与标准值的比较，我们可以判断其密封效果优劣，进一步确定是否满足应用需求。
3.2 密封强度评估通过密封强度测试，我们可以评估多层金属片密封垫的承载能力和耐久性。
如果密封垫在测试过程中没有断裂或明显变形，说明其密封性能较好。
3.3 密封材料评估通过对密封材料的测试，我们可以评估材料的成分和微观结构对密封性能的影响。
一种排气管密封垫片[实用新型专利]
专利名称：一种排气管密封垫片专利类型：实用新型专利
发明人：沈胜海
申请号：CN201520322466.3申请日：20150519
公开号：CN204647291U
公开日：
20150916
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种排气管密封垫片，为一体成型的环状弹性金属件，垫片的上、下侧都有一个以上环状圆弧形凸起，在一侧凸起部分相应的另外一侧，为环状圆弧形凹槽。
本实用新型用于发动机排气管的连接处的密封，结构简单，加工方便，使用时，上、下侧都有一个以上环状圆弧形凸起部分被下压，可以通过环状金属的弹力达到上、下两面的密封效果，由于金属材料能耐高温，不会老化，并且可重复使用几次，拆卸方便，可以降低生产和维修的使用成本，克服了现有膨胀石墨复合板等等垫片高温下易老化， 拆卸后不能重复使用的缺陷。
申请人：舟山海晟密封材料有限公司
地址：316200 浙江省舟山市岱山县高亭镇沿港西路1085号
国籍：CN
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一种排气管密封垫[实用新型专利]
(10)授权公告号(45)授权公告日 (21)申请号 201520342403.4(22)申请日 2015.05.25F16L 23/16(2006.01)(73)专利权人安徽江淮汽车股份有限公司地址230601 安徽省合肥市桃花工业园始信路669号(72)发明人胡光辉 何竹革 朱培杰 左炜晨汤海娟 张利 严鑫映(74)专利代理机构北京维澳专利代理有限公司11252代理人刘路尧 逢京喜(54)实用新型名称一种排气管密封垫(57)摘要本实用新型涉及密封装置技术领域，公开了一种排气管密封垫，包括上层垫片、下层垫片和中间层垫片，且上述三层垫片由中间通孔的护口圈压紧固定在一起，以所述中间层垫片为对称面，所述上层垫片和所述下层垫片的外表面上对称地设有环形波纹，且所述环形波纹靠近所述中间通孔并沿所述中间通孔的周向布置。
该排气管密封垫中，增加了环形波纹的密封结构，装配时环形波纹与法兰面压紧变形，具备良好的密封作用，避免发生漏水、漏气等现象。
(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利权利要求书1页 说明书3页 附图1页(10)授权公告号CN 204647625 U (45)授权公告日2015.09.16C N 204647625U1.一种排气管密封垫，包括上层垫片(1)、下层垫片(2)和中间层垫片(3)，且上述三层垫片由中间通孔(a)的护口圈(4)压紧固定在一起，其特征在于，以所述中间层垫片(3)为对称面，所述上层垫片(1)和所述下层垫片(2)的外表面上对称地设有环形波纹(b)，且所述环形波纹(b)靠近所述中间通孔(a)并沿所述中间通孔(a)的周向布置。
2.根据权利要求1所述的排气管密封垫，其特征在于，所述环形波纹(b)为一组或多组，且多组所述环形波纹(b)为同心圆环形波纹。
3.根据权利要求2所述的排气管密封垫，其特征在于，所述环形波纹(b)为两组。
4.根据权利要求3所述的排气管密封垫，其特征在于，每组所述环形波纹(b)的宽度为2.5mm，高度为0.7mm，且两组所述环形波纹(b)的中心间距为3.5mm。
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第53卷第10期表1材料属性Tab．1Material property部件名称材料泊松比缸盖、排气管HT2500.26螺栓25Cr2Mo 0.3上垫片10Cr170.25中垫片12Cr17Ni70.25下垫片06Cr19Ni100.3橡胶圈MVQ 1.25橡胶圈骨架10Cr170.30引言发动机密封性是评价发动机性能的一个主要指标，随着发动机转速和功率的提升，对发动机密封性的要求也随之提高。
由于发动机各部分之间的接触面存在一定的粗糙度，直接接触往往不能得到良好的密封效果，所以一般在密封面之间添加一个密封垫片，来达到更好的密封效果。
目前，发动机密封性的研究大多关注于机体和缸盖之间的密封，并且取得了很好的进展。
比如，朱晓玲[1]运用Abaqus软件分析了某型号发动机气缸垫片在预紧力载荷、气缸爆发压力载荷和热载荷作用下的压力分布情况；杨陈等[2]将有限元仿真技术应用到发动机稳态传热和热机耦合分析中,分析了在热应力工况下温度场对发动机密封性的影响；葛玉霞等[3]也研究和探讨了有限元分析方法在汽车发动机钢质气缸垫密封性仿真分析中的应用，并且提出了相应的改进措施。
而对于缸盖和排气管之间的密封性研究比较少,对于多层复合垫片的密封性研究则少之又少。
根据赵春梅[4]的研究，垫片密封失效主要表现在密封面间的泄露。
作者通过使用Abaqus 软件对缸盖—密封垫片—排气管组合件进行螺栓预紧力下的有限元分析，得出了密封垫片上的压力分布，对多层垫片密封性进行了评估。
1计算模型和边界条件1.1有限元模型根据缸盖和排气管的装配关系，计算模型主要包括缸盖、垫片、排气管和螺栓4个部分。
为减少计算量，节约计算时间，从整个装配模型中截取了一个缸盖和排气管进行分析计算。
机体各部件材料属性如表1所示，装配有限元模型如图1所示。
注：定义贴近缸盖的垫片为上垫片，贴近排气管的垫片为收稿日期：2015－05－14修回日期：2015－05－22doi ：10．3969／j．issn．1673－3142．2015．10．006排气管多层复合垫片密封性研究韩奎超，许自顺，李孟涵，于华（250061山东省济南市山东大学能源与动力工程学院）［摘要］利用有限元法对缸盖—密封垫片—排气管组合件进行螺栓预紧力下的结构受力分析，得到了密封垫片上的接触应力分布云图和垫片变形量。
计算结果表明，多层复合垫片在装配要求预紧力情况下，表现出了很好的密封性。
同时，采用垫片单元来进行模拟垫片突筋计算的方法可以大幅度减少计算量，避免计算过程中的发散问题。
［关键词］复合垫片；密封；垫片单元；有限元［中图分类号］T K402［文献标志码］A［文章编号］1673-3142(2015)10-0023-05The Investigation on Sealing Performance of Layers Mixed Gaskets of Exhaust PipeHan Kuichao ，Xu Zishun ，Li Menghan ，Yu Hua（School of Energy and Power Engineering ，Shandong University ，Jinan City ，Shandong Province 250061，China ）［Abstract ］The assembly of cylinder head ，gasket seal and exhaust pipe in pre －tightening condition was analyzed by finiteelement method．The contact stress distribution on the gasket and the displacement of gasket were obtained．It was found that layers mixed gaskets were well sealed in this condition．Meanwhile gasket element was used to simulate pads ’flange calculation to avoid divergent at very reduced capacity．［Key words ］mixed gasket ；seal ；gasket element ；finite element农业装备与车辆工程AGRICULTURAL EQUIPMENT &VEHICLE ENGINEERING第53卷第10期Vol．53No．102015年10月October 2015农业装备与车辆工程2015年下垫片，中间为中垫片。
首先使用H ypermesh 软件对模型进行网格划分，缸盖、排气管和螺栓使用线性六面体实体网格单元。
垫片在厚度上表现为非常强的非线性特性，若使用各项同性的实体网格来模拟就会失去厚度方向的非线性特性，对计算结果产生较大影响，偏离实际[5]。
因此，在本次研究中使用了Abaqus 专门的垫片单元来模拟垫片结构[6]，在厚度上只需要一层单元，如图2所示，单元在厚度方向上的非线性特性通过定义垫片在厚度方向上的压缩特性曲线来体现[1]。
垫片的压缩特性曲线通常由实验来获得，研究中所用垫片为多层复合垫片，本体为钢质垫片，在冷却水道口有一道硅橡胶垫圈。
钢质气缸垫具有强度高、耐热性能和抗腐蚀性好等优点[7]；硅橡胶垫圈具有良好的耐高温性、耐低温性和耐溶剂性等优点[8]。
硅橡胶垫圈压缩特性曲线如图3。
通常，钢质垫片会在排气口周围冲压出一定高度的突筋，利用突筋的变形来保证排气口的密封。
但是突筋的高度相比于垫片厚度非常小，如使用实际的模型则必须加密网格，导致网格数量增大，增加计算成本，而且容易产生发散。
在这个问题上，仿照葛玉霞等在发动机气缸垫密封性有限元分析中的处理方法[3]，将突筋区域与基本体区域切分开，分别定义截面属性，如图4所示为实际模型，图5所示为处理之后的模型。
突筋压波部位压缩特性曲线如图6所示。
由于没有针对钢质翻边的特定垫片单元，所以在本次研究中将其定义为弹塑性材料。
图3硅橡胶压缩特性曲线Fig.3Performance characteristics of rubber seals under compressure图4垫片突筋实际模型Fig.4The practical model of gasket flange图5突筋处理之后的模型Fig.5The analysis model of gasket flange图6压波部位压缩特性曲线Fig.6Performance characteristics of gasket waves under compressure1．缸盖2．垫片3．排气管4．螺栓图1装配有限元模型Fig.1Finite element assemblage model12341.冷却水口2.排气口3.橡胶垫圈4.下垫片5.中垫片6.上垫片图2垫片模型Fig.2Finite element gasket model2134560．10．20．30．40．50．60．7变形／mm线压（N ／m m ）3530252015105000．050．100．150．200．250．30变形／mm线压（N ／m m ）600500400300200100024第53卷第10期1.2边界条件边界条件首先要正确真实地反映部件实际工况下的约束情况，其次使模型尽量简化，避免因计算不收敛，得出的计算结果不准确。
本模型根据实际情况，为得到较好的收敛性，约束了缸盖端面6个自由度，定义螺栓与缸盖等之间的互相接触面为面—面接触，绑定（tie ）接触类型，其他接触面接触类型为面—面接触或小滑移（small sliding ）接触。
具体接触类型如表2。
1.3载荷条件按照排气管装配技术条件，排气管螺栓以80N ·m 的扭矩分次均匀把紧,由此可以算出预紧力。
根据资料查得预紧力计算公式如下：Q p =2Td 2tan(ψ+ρ′)+2f c r f r f ≈D 1+d 0其中：T ———螺栓的预紧力矩；d 2———螺纹中径，ψ———螺纹升角；ρ′———动摩擦角；f c ———动摩擦系数；D 1———螺母接触面的外径；d 0———螺母接触面的内径，Q p ———预紧力。
由上式计算出：预紧力Q p =40512N 。
在有限元计算中，使用预紧单元给螺栓施加预紧力。
2计算结果及分析指定分析类型为非线性静态分析。
因为模型具有高度的非线性特性，计算时初始时间步长需要取比较小的值，本次研究中取0.01，并且使用自动时间步长增量，使系统可以自动调整时间步长，节约计算时间，然后运行并完成计算。
密封圈的密封能力一般可以用接触应力的大小来评价。
根据力的平衡原理，密封结构确保密封的必要条件是密封垫上的接触应力大于密封圈的内外压差。
保守考虑，一般取安全系数1.5～1.8[9]。
2.1垫片压波应力和变形垫片接触面压应力如图7所示。
从图7中可以看出，垫片的应力主要集中在突筋区域，在其他部位没有接触应力存在。
因此可以推断，垫片密封主要靠突筋来实现（由最后的计算结果可以看出，密封垫压缩量0.27mm 小于突筋的高度0.30mm ，所以在密封垫的本体上没有接触应力存在，这也证实了密封垫的密封效果主要依靠突筋的变形的结论），突筋上形成了一个连续的密封环带，最大压应力为362MPa ，最小压应力为322MPa ，压力分布比较平均，可以保证密封良好。
提取突筋向上面的接触应力分布如图8所示。
从图8中可以看出最小值大概出现在90°和270°附近（周向0°点规定如图7所示，角度沿顺时针方向递增），两个最低点接触应力值分别为322MPa 和329MP 。
图8中，290°附近的最低压应力比110°附近稍低，这是由于在垫片的左侧冷却水道口有一个橡胶垫圈，受螺栓预紧力压缩，抵消了一部分的预紧力，从而减小了这个位置的压应力。
表2各接触面接触类型Tab ．2Contact type of each contact pair 接触部位接触类型缸盖—上垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02缸盖—下垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02缸盖—橡胶垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02排气管—下垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02排气管—橡胶垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02上垫片—中垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02下垫片—中垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02压波—上垫片surface to surface ,small sliding,adjust=0.02螺栓—排气管surface to surface,small sliding,adjust=0.02螺栓—缸盖surface to surface,tie,adjust=0.05韩奎超等：排气管多层复合垫片密封性研究图7垫片压波接触应力云图Fig．7Contact stress cloud chart of wave规定0°位置图8应力在突筋上的分布情况Fig．8Contact stress distribution onribs25农业装备与车辆工程2015年规定0°位置2.2垫片应力和变形垫片接触应力云图和面压在垫片突筋处的分布情况如图9、图10所示。