Gasket life criteria at low temperatures adopting proportional compensation for loss of flexibility and conformability

In the automobile industry, the service life of gaskets is defined as the time until which a released gasket recovers 60 % of the original compression. It was observed that the recovery curves of gaskets were highly nonlinear at high temperatures, and relatively nonlinear at temperatures above the room temperature. However, it was also noted that the recovery curves of the gaskets at temperatures below room temperature exhibited linearity with respect to the ln(time). Automotive manufacturers demand gasket life criteria that exceed a specific time or the entire life of a car. In the case of gaskets used at lower temperatures, since materials encounter losses in its flexibility and conformability, the definition of service life specifying a 60 % recovery may not be sufficiently safe to eliminate possible leakages. In this study, new gasket life criteria that could be used at low temperatures were proposed. The new criteria were proposed based on the change in Young’s modulus of the gasket material in order to conserve the sealing capability.     

盾构隧道管片接缝密封垫防水技术的现状与今后的课题

在追溯盾构隧道接缝防水密封垫的技术发展历程的基础上,通过对防水密封垫材质选用与加工方式,弹性橡胶、遇水膨胀橡胶及复合橡胶密封垫各自的功效及其在不同隧道类别、不同使用条件下的应用,单道密封垫与双道密封垫设置的评价等反映密封垫防水技术的现状,进而提出劣质密封垫或受损密封垫取代、管片接缝密封垫的设计与应用等研究课题。     

盾构隧道橡胶密封垫力学性能试验及数值分析

为解决盾构隧道橡胶止水密封垫的数值分析难点,突破以工程类比法及经验法为主的密封垫防水性能设计的局限性,采用显式有限元分析方法对密封垫的压缩过程进行三维模拟,并将分析结果与力学试验对比,同时对影响橡胶密封垫力学性能的多种因素进行分析。主要得出以下结论： 1）有限元模拟结果与试验结果具有一致性,验证了本文方法的有效性; 2）对橡胶硬度和密封垫开孔率等因素进行分析,橡胶硬度越大,开孔率越低,则橡胶密封垫越硬,越难压缩。     

盾构隧道管片接缝复合型密封垫选型设计研究

为研究盾构隧道管片接缝复合型密封垫中遇水膨胀橡胶块对其防水性能的影响,从复合型密封垫遇水膨胀橡胶块二次防水效应出发,提出基于遇水膨胀橡胶块几何尺寸及截面形式的复合型密封垫选型设计方法。利用该选型方法对中孔通用型复合密封垫进行数值选型分析,采用ABAQUS网格间求解变换技术,研究不同遇水膨胀橡胶块截面类型和尺寸对复合型密封垫防水性能的影响,得到复合型密封垫防水性能和压缩性能的变化特征,确定原复合型密封垫的最优化选型结果。结果表明： 1）考虑遇水膨胀橡胶的防水性能后,复合型密封垫的二次防水性能有所提高; 2）与六边形截面形式的遇水膨胀橡胶块相比,梯形截面形式的遇水膨胀橡胶块能够大幅提升中孔复合型密封垫的防水性能; 3）复合型密封垫的压缩量与压缩力的关系呈现出阶段性变化特征,变形较小时表现为线性关系,随着变形逐步增大逐渐过渡为非线性关系。     

发动机用高性能复合密封垫片研制开发

介绍了发动机用高性能无石棉复合密封垫片的材料组成、配方设计和成型工艺,并分析了该密封垫片中各组分材料对密封垫片各项性能的影响.针对高性能复合密封垫片制品制定了新标准,其强度要求比耐油石棉橡胶板检测标准提高了50%.试验结果表明,所研制的高性能复合密封垫片的各项性能均满足要求,并通过了某型柴油机的1000 h台架试验考核.     

盾构隧道管片密封垫防水失效模式及改善研究

为探究盾构隧道防水失效形态、接缝密封垫失效模式及密封垫防水能力改善方法,首先基于统计资料,分析在建盾构隧道渗漏的宏观形态; 其次利用ABAQUS软件建立二维模型,采用平均接触压力作为评价指标,分析盾构隧道管片接缝处于不利工况下的失效模式; 最后结合橡胶硬度参数、密封垫孔洞参数调整,研究密封垫防水性能改善方法。主要得到如下结论： 1）错缝拼装盾构隧道渗漏的主要形态是管片接缝渗漏,且多发生在T字缝。2）对密封垫防水危害最大的是管片接缝张开和外张角,且渗漏均发生在密封垫与密封垫接触面。3）密封垫垫间平均接触压力与橡胶硬度呈线性正相关; 从密封垫垫间平均接触压力的保持效果来看,调整闭合孔的效果最好。     

基于施加水压的盾构接缝防水机制数值分析

为得到盾构隧道接缝间弹性密封垫在水压力作用下的真实响应以及防水失效机制,结合杭州地铁1号线接缝防水设计工程,建立完整的弹性密封垫受水压作用下的数值模型并验证其合理性。基于该模型提出弹性密封垫受水压作用的数值模拟方法,对弹性密封垫在不同张开量下的防水性能、接触应力分布以及防水失效模式进行研究,提出基于施加水压的防水性能评价方法。研究结果表明： 当弹性密封垫张开至设计中限定的6 mm时是可以满足防水设计要求的,当张开量达到9 mm时,弹性密封垫会发生防水失效,失效位置出现在弹性密封垫间。     

沉管隧道GINA止水带结构形式对比研究

为研究GINA止水带结构形式对其水密性的影响,对目前普遍采用的4类GINA止水带进行轴压与轴、偏压组合状态下的有限元数值模拟。采用超弹单元和接触单元模拟橡胶材料和接触效应,对底板开孔、底板带肋以及本体开孔3种结构变化对GINA止水带受力和止水效果的影响进行分析。研究结果表明:1)GINA止水带底肋与钢板接触位置的接触应力最小,是防水的薄弱环节;2)在底板和本体开孔能够使得GINA止水带底板的接触应力分布更为均匀,但开孔尺寸不宜过大,且应均匀布设;3)底尖肋型GINA止水带的初期止水效果差,当止水带较高时,容易产生倾覆;4)本体孔洞型GINA止水带能够缓解尖肋的应力集中,但由于本体刚度小,承受侧向水压力的能力差。     

考虑击穿水压的双道密封垫防水机制研究

为研究盾构隧道双道密封垫在防水性能提升上的效果，首先定性分析双道密封垫的防水机制，给出击穿水压概念以及基于弹性力学的密封垫击穿水压数值估算公式； 然后开展双道密封垫试验，对击穿水压数值进行验证，得出影响双道密封垫防水性能的一些因素。研究结果表明： 1）当外界水压大于外道密封垫初始防水能力的1.36倍时，密封垫被完全击穿，丧失残余防水能力； 2）不同的密封垫布置方式会影响双道密封垫的防水能力，在双道密封垫的实际应用中，需要将防水能力更强的密封垫布置在外侧，且双道密封垫的防水能力差距不宜过大； 3）沟槽的结构和尺寸会影响密封垫的防水能力； 4）无论是单道密封垫，还是双道密封垫，无错位量密封垫的防水压力远大于有错位量密封垫的防水压力，因此施工中应采取措施尽量减少错位量。     

盾构隧道管片接缝密封垫区域平衡优化方法

当前中国盾构隧道接缝密封垫设计多采用工程经验及类比方法，常需借助防水试验及大量的数值仿真进行优化设计，缺乏理论支撑。为提高密封垫的防水性能，同时降低密封垫的压缩反力以提高盾构隧道的拼装效率，提出了基于功能区划的盾构隧道管片接缝弹性密封垫设计方法，该方法通过力学分析，将单个密封垫横断面划分为3个功能区块，对其进行数学离散，并在几何边界条件的规定下，建立了单个密封垫力学平衡模型及考虑正常压缩与错位压缩情况下的密封垫简化力学模型。依据模型对密封垫进行优化设计，针对2种密封垫采用有限元方法进行数值分析，通过对压缩反力曲线、接触面应力等对比，分析2种形式密封垫的差异，并结合在最不利工况下进行的试验，通过对比两者的防水水压，验证设计方法的可行性。结果表明：通过调整接缝密封垫孔型能达到在不影响接触应力的条件下改变密封垫闭合压力的目的，开孔率及材料硬度对接缝密封垫受力影响较为一致；该设计法理论能够实现较好的优化效果，优化后的密封垫能够平衡各渗水路径的接触面应力及在不影响密封垫防水能力的前提下降低密封垫压缩反力。所提出的方法通过了数值分析及试验验证，可用于密封垫的初步选型与分析。     

盾构法联络通道密封垫设计及防水试验研究

为探究适合盾构法联络通道工程的密封垫断面形式,以宁波市轨道交通3号线第1条盾构法联络通道为工程背景,针对遇水膨胀橡胶设计阴阳凹凸、圆形孔洞、梳形、矩形等4类断面。对各断面形式进行可行性分析,选取阴阳凹凸断面与矩形断面作为初选方案。利用Abaqus/Explicit计算模块对2种断面的接触应力进行有限元分析,通过设计“一”字缝耐水压力试验,验证数值模拟中接触应力较大的矩形断面的防水能力。研究表明： 1）数值模拟结果显示,接触面最大接触应力与平均接触应力均随着张开量的增加而减小; 同等张开量与错台量下,在压缩与膨胀2个阶段中,矩形断面的接触应力均大于阴阳凹凸断面,因此选取矩形断面作为备选方案。2）“一”字缝耐水压力试验结果表明,矩形断面密封垫保压48 h后耐水压力明显提升,且张开量越大耐水压力提升幅度越大。3）综合数值模拟与试验结果可知,该矩形断面密封垫满足0.6 MPa的防水要求。     

不同错台量对复合型密封垫影响及长期防水预测

为研究盾构隧道管片接缝不同错台量对复合型密封垫防水性能的影响,从复合型密封垫遇水膨胀橡胶块二次防水效应出发,在不同错台量条件下分别从密封垫-密封垫接触面和密封垫-密封槽接触面2 个方面分析复合型密封垫防水渐进失效机制,同时基于阿累尼乌斯方程的“P-T-t”三元模型对复合型密封垫长期防水性能进行预测。研究结果表明: 1) 复合型密封垫遇水膨胀橡胶块发生膨胀作用,能够有效增加密封垫间接触面应力,并且密封垫渗漏处主要出现在密封垫与密封垫接触面上; 2) 对于密封垫与密封槽接触面防水能力,随着接缝错台量的增大,对遇水膨胀橡胶块膨胀作用的影响显著; 3) 管片接缝间的张开量和错台量对复合型密封垫的长期防水性能影响显著,并且复合型密封垫长期防水性能随着老化时间先急剧下降后达到平稳状态。     

盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能影响因素敏感度分析

为研究盾构隧道管片接缝三元乙丙橡胶密封垫力学性能的影响因素,首先,以实际工程为背景,采用自主设计的试验系统进行试验,并以此验证数值模型的可靠性; 然后,利用数值模型,采用正交分析方法,对密封垫断面参数(开孔形状、断面开槽数量、断面开孔率)、密封垫橡胶材料硬度、密封垫拼装姿态(张开量、错位量)进行六因素三水平的密封垫力学性能影响因素的敏感度分析; 最后,结合力学性能研究与防水性能预测需求,提出以闭合压缩力、密封垫接触应力分布作为分析指标。研究结果表明: 1)针对密封垫装配时所需的闭合压缩力,其影响因素主次顺序为张开量、断面开孔率、橡胶硬度、开槽数量、开孔形状、其他因素以及错位量; 2)密封垫接触应力分布的影响因素主次顺序为开孔形状、断面开孔率、错位量、其他因素、张开量、橡胶硬度、开槽数量。根据研究结果选取对密封垫力学性能影响较为显著的因素进行单因素分析,然后根据分析结果及橡胶垫密封垫防水性能预测方法, 提出背景工程管片接缝密封垫的优化方案。     

考虑水压作用过程的盾构隧道接缝防水机制研究

为研究盾构隧道管片接缝处弹性密封垫在水压作用下的防水机制，在对管片拼装至隧道发生渗漏期间水压作用过程进行分析的基础上，采用有限元分析软件建立流固耦合计算模型，对水体渗入接缝弹性密封垫的过程进行动态化模拟，结合密封垫防水性能试验，揭示密封垫防水能力的发挥过程及产生机制，并对双道弹性密封垫防水可靠性增加的原因进行探讨。结果表明： 1）流固耦合模型能够较为直观、精细地模拟水体突破弹性密封垫的过程。2）从管片拼装到隧道渗漏的过程中，弹性密封垫经历了管片挤压—外水推挤—水体楔入—水体突破4个阶段。3）当水压pw＜p=α(p0+p1)时，水体作用于密封垫迎水面外侧，这时密封垫的防水能力仍然具有较大的冗余； 当水压α(p0+p1)＜pw＜α(p0+p1+p2)时，水体虽然发生楔入，但不能完全突破密封垫，仍然存在一定的防水能力； 当水压pw＞α(p0+p1+p2max)时，水体突破密封垫，发生渗漏。4）由于双道弹性密封垫之间存在储水空腔，空腔中的水压作用于第1道弹性密封垫的背水侧，产生的接触应力增量可引起第1道弹性密封垫的“自愈”，因而能够在一定程度上增加防水的可靠性。     

防水密封垫布置方式对管片接头的力学影响分析

为实现管片接头的受力和接缝防水共赢,利用可模拟复杂接头特性的管片接头力学模型,分析不同位置、不同宽度、不同数量的密封垫对管片接头的力学影响,并探讨兼顾管片接头受力与密封垫防水的接头设计,给出相应改进建议。研究表明： 1)对于软弱地层的管片接头,密封垫靠近接缝面中部布置可以使管片接头保持较高的抗弯刚度,降低接头混凝土压溃和螺栓受拉屈服的风险,确保管片接头的受力安全,并具有良好的接缝防水能力; 2)对于硬质地层的管片接头,其密封垫靠近接缝面边缘布置或采用大宽度密封垫,并配合采用改进接缝面接触方式和改善螺栓材质等综合措施,可达到同时降低接头抗弯刚度、确保接头安全、提高接缝防水的目的。     

An experimental study on the dynamic characteristics of cylinder head gaskets for diesel engine: dynamic characteristics in heating and cooling temperature cycle by abrupt change of water during steady operation

Experiments on a small, one-cylinder high-speed diesel engine were performed by changing the temperature of cooling water and also by changing the material and configuration of the cylinder head gaskets. Three kinds of cylinder head gaskets were made. The temperature was abruptly changed and the temperatures at several points of the cylinder head gasket and its peripheral region, the relative displacement between cylinder head and cylinder block, the loads of the cylinder head bolts, the indicator diagram, the pressure of gasket surface and combustion gas leakage were measured. The sealing characteristics in the transient state and the steady state of the cooling water temperature were investigated from an experimental standpoint. The effect of the temperature differences between the cylinder head, cylinder block and head bolts on the loads of the head bolts and the relative displacement between the cylinder head and cylinder block were observed for the test gaskets.     

上海市高水压深层排水盾构隧道管片接缝密封垫形式试验研究

为使接缝处弹性密封垫在张开8 mm、错位10 mm的情况下仍能满足1.2 MPa高水压长期防水性能设计要求以及保证盾构拼装能力,对采用双道耐高水压密封垫的上海市深层排水盾构隧道工程接缝防水密封垫断面形式进行设计。对不同断面密封垫进行防水性能以及闭合压缩力数值模拟,通过对比分析、不断优化,得到防水和力学性能较优的密封垫断面形式,并进行管片接缝防水性能试验和闭合压缩力试验。试验结果表明:采用推荐断面形式的密封垫在邵尔A硬度为67度时,在精确装配下和接缝张开8mm、错位10 mm的情况下均满足1.2 MPa的长期防水能力要求,且适应盾构的拼装能力。     

水下盾构隧道弹性密封垫防水失效数值模拟研究

结合某水下盾构隧道工程的防水设计,采用大型有限元软件ABAQUS对弹性密封垫的防水失效机理进行数值模拟研究。将本文有限元模型与前人简化模型进行了对比分析,并对接缝张开及接缝错开情况下的密封垫防水失效机理进行了分析。研究表明,在接缝张开的情况下,渗漏主要发生在密封垫间的接触面上;接缝错开的情况下,随错缝位移的增大,渗漏将由发生在密封垫接触面上而转变为发生在密封垫与混凝土间的接触面上。     

预制综合管廊橡胶密封垫受压性能研究及断面设计

为解决预制综合管廊橡胶密封垫断面形式对橡胶密封垫压缩性能的影响问题,基于橡胶密封垫压缩试验,结合通用有限元数值模拟软件MSC.Marc,将试验结果与数值模拟结果进行对比,证明采用有限元方法模拟橡胶压缩过程以及分析橡胶密封垫受压性能的可靠性。然后,利用有限元软件MSC.Marc探讨不同开槽和开孔形式对橡胶密封垫受压性能的影响。结果表明： 1）当橡胶密封垫的压缩度为50%时,随着开槽面积和开孔面积的增大,接触应力以及装配力减小; 2）当开槽面积相同时,接触应力和装配力受开槽数量的影响较小,受开槽形状的影响较大; 3）当开孔面积相同时,开孔数量以及排列方式对接触应力和装配力有一定的影响。     

考虑密封垫表面工作状态的盾构隧道接缝防水能力数值模拟研究

针对目前施工中盾构隧道防水密封垫经常出现粘贴不牢、沾水、不涂抹润滑剂等情况，构建了密封垫防水能力数值计算模型，将数值方法计算结果与常规计算结果进行对比，并对密封垫在底部与管片槽口粘贴、密封垫顶部涂抹润滑剂及沾水等多种工作状态下的防水能力进行研究。结果表明： 1）计算时是否考虑密封垫表面工作状态导致的闭合压缩力、平均接触应力结果差异分别为3.3%、23.9%，因此考虑表面工作状态的密封垫防水能力评估较为合理； 2）由于粘贴效应约束了密封垫底部的横向变形，其因此闭合压缩力及平均接触应力均大于不考虑底部粘贴效应的计算结果，影响值范围分别为31%~199%、0~245%； 3）密封垫顶部涂抹润滑剂能够减小闭合压缩力、增加接触面平均接触应力，影响值范围分别为4.7%~19.9%、6.5%~111%； 4）密封垫沾水时，闭合压缩力降低29.1%, 接触面平均接触应力降低8.7%； 5）在长期工作情况下，由于密封垫表面接触状态的变化，其平均接触应力整体呈下降趋势，最终下降约23.9%。