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船用熱交換器效能的分析

船用熱交換器效能的分析
 
墊片壓縮回彈性能試驗
    1、試驗裝置與試件
    試驗加載系統(tǒng)為MTS-2.5噸材料性能試驗機所示。試件是從整張傳熱板片中切割出一部分帶有梯形墊片槽的矩形板片,板片材質為316L所示。墊片材料為三元乙丙橡膠,硬度為邵氏80,墊片橫截面為菱型,主要結構尺寸。
    2、試驗內(nèi)容
    試驗包含兩部分:
    (1)常溫下,墊片簡單壓縮回彈。將橫截面為菱形的密封墊片水平放置在剛性平板上,通過固定在試驗機上、下夾具上的鋼圓柱(7mm)施加壓縮載荷,測試在不同載荷下墊片的位移大小。加載速率參考設備的實際裝配、操作條件,控制壓縮速率0.018mm/s,回彈速率0.007mm/s.此試驗以下稱簡單壓縮回彈;
    (2)在梯型密封槽約束作用下的墊片壓縮回彈。
    將橫截面為菱形的墊片嵌入矩形板片的梯形槽中,通過固定在上、下夾具的鋼圓柱施加載荷。其他加載條件與前部分的試驗相同。此試驗以下稱約束壓縮回彈。
    試驗結果分析
    1、簡單壓縮
    假設板式換熱器橡膠墊片屬于超彈性材料,3個主方向的厚度與壓縮前墊片的初始厚度之比,也稱為壓縮比。綜合式(1)、(2)得:S=2WC=2[(WI1 I1WI2)I-WI2C I3WI3C-1](4)利用真實應力與S之間的關系,得到墊片在變形后的真實應力表達式:=-pI 2[WI1B-WI2B-1](5)主應力分量為:i=-p 2[WI12i-WI2-2i](i=1,2,3)(6)式(5)中,B是左柯西-格林應變張量(leftCauchy-Greenstraintensor),-pI代表流體靜壓力張量,I為二階單位張量。為真實應力張量。
    簡單壓縮時,墊片表面只在一個方向有真實壓應力1,又因為橡膠材料具有不可壓縮性,設1=,則有:2=3=1,則式(6)可簡化為:1=2(2-1)(WI1 WI21)(7)工程實際中,可拆卸板式換熱器墊片的預緊壓縮量一般為墊片初始厚度的1535,壓縮變形過程中,墊片瞬時受力面積要大于初始受力面積。分別以瞬時受力面積和初始受力面積為基準的真實壓應力1與名義壓應力e關系為:1=e在Mooney-Rivlin模型中應變能密度函數(shù)為:W=C10(I1-3) C01(I2-3)(8)將式(8)代入式(7)得:1=2(2-1)(C10 C011)(9)在Yeoh模型[10]中應變能密度函數(shù)為:W=C10(I1-3) C20(I1-3)2 C30(I1-3)3(10)將式(10)代入式(7)有:1=2(2-1)[C10 2C20(2 2-3) 3C30(2 2-3)2](11)利用最小二乘法可確定式(9)、(11)中的材料常數(shù)值C10,C01,C20,C30,得到的兩模型擬合應力值如所示。
    當壓縮比大于0.75時,Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型預測sp誤差值都小于5.示出了墊片簡單壓縮時的真實應力測試值以及利用模型擬合的曲線。Yeoh模型擬合曲線與試驗數(shù)據(jù)變化趨勢接近一致。

 
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