第十五届全国摩擦学大会暨全国青年摩擦学学术会议

99 / 2021-05-22 11:11:15

基于反应扩散方程的液体润滑机械密封端面型槽拓扑优化

流体动压型槽是液体润滑机械密封端面的关键结构，起到提高端面承载能力、降低摩擦磨损和减小泄漏率等作用。流体动压沟槽的几何形状是影响机械密封润滑性能与密封性能的关键因素之一，研究学者提出了如圆弧槽、螺旋槽等系列规则的流体动压沟槽结构，有效改善了密封性能。为探索非规则流体动压沟槽结构，改善密封性能，本研究以液膜承载力为优化目标，以密封泄漏率为约束条件，采用基于反应扩散方程的拓扑优化方法对密封端面流体动压沟槽进行了优化设计。其中反应扩散方程中反应项为灵敏度信息，扩散项起到正则化的作用。基于连续伴随方法获得灵敏度信息。结果表明，优化后的槽型结构具有鱼鳍形状，最终优化结构对初始结构和介质压力等参数不敏感，而对槽坝比、槽数与槽深等几何参数敏感。与典型螺旋槽结构比较，优化后的槽型在保证同等承载力条件下具有更低的泄漏率。有望对槽型的最佳形状进行深入研究与探索。