توضیحات
این مسئله مثال روشی را برای بررسی اثرات نفوذ سیال-فشار بر روی یک سیستم آب بندی نشان می دهد. استفاده از مهر و موم در درجه اول برای جلوگیری از انتقال سیال (مایع، جامد یا گاز) بین دو یا چند منطقه است.
کاربردهای مهر و موم مکانیکی بسیار زیاد است. رایج‌ترین سیستم‌های آب‌بندی شامل آب‌بندی میل دوار، الاستومر و فلنج است. قابلیت آب بندی یک مهر و موم الاستومری بستگی به تنش های تماسی دارد که بین آب بند و سطوحی که با آن در تماس است ایجاد می شود. نشتی ممکن است زمانی رخ دهد که اختلاف فشار در سرتاسر آب بندی از تنش تماس بیشتر شود.
برنامه ANSYS Mechanical APDL به عنوان یک ابزار المان محدود غیرخطی عمومی می تواند:
• شکل های تغییر شکل مهر و توزیع تنش را پیش بینی کنید
• پروفایل های تنش تماس را پس از نصب، در حال بهره برداری و تحت شرایط بارگذاری مختلف پیش بینی کنید
• اثرات نفوذ فشار سیال بین مهر و موم و سایر اجزای ساختاری را در آنالیز در نظر بگیرید
همه این اطلاعات برای درک نحوه طراحی سیستم های مهر و موم مکانیکی، نحوه عملکرد آنها و بهترین روش استفاده از آنها برای جلوگیری از نشت مایع بسیار مهم است. قابلیت نفوذ فشار سیال APDL مکانیکی، نفوذ فشار را بین سطوح در تماس بر اساس وضعیت تماس را شبیه‌سازی می‌کند بار فشار نفوذ سیال ماهیتی وابسته به مسیر دارد. به همین دلیل مسیر نفوذ می تواند تغییر کند و به صورت تکراری تعیین می شود. در شروع هر تکرار، برنامه تمام نقاط شروع ممکنی را که در معرض فشار سیال هستند پیدا می کند. در میان نقاط شروع، برنامه سپس نقاط نفوذ سیال را پیدا می کند که در آن وضعیت تماس باز یا از بین رفته است، یا جایی که فشار تماس کمتر از معیار نفوذ فشار تعریف شده توسط کاربر است.
هنگامی که یک نقطه تشخیص تماس دارای شرایط تماس “نفوذ” است، هم آن و هم نزدیکترین آن گره های مجاور به عنوان نقاط شروعی در نظر گرفته می شوند که در معرض فشار سیال هستند. فشار سیال شروع به نفوذ به سطح مشترک بین سطوح تماس و هدف می کند نقاط شروع هنگامی که تماس بین سطوح دوباره برقرار می شود، می توان نفوذ سیال را قطع کرد یا زمانی که فشار تماس بزرگتر از معیار نفوذ سیال است.
یک اورینگ الاستومری متکی به فشار تماس فشاری شبیه سازی شده است که بر روی سطح بیرونی آب‌بند مانند سنگ‌ریزه عمل می‌کند تا از نشت مایع بین نواحی جلوگیری کند. طراحی موفقیت‌آمیز آب‌بند، فشار آب‌بندی کافی را تضمین می‌کند و در عین حال اثرات مخرب تنش وارد بر اورینگ در نتیجه فشرده‌سازی را به حداقل می‌رساند.
اجزای سیستم آب بندی که باید مدل سازی شوند عبارتند از یک حلقه اورینگ الاستومری و یک کلاه پلاستیکی به شکل نورد. شکل زیر یک نمای سه بعدی از مدل با یک برش یک چهارم برای نشان دادن پیکربندی حلقه است.
