FRAKTURMECHANIK FÜR EINE PLATTENWÄRMETAUSCHERDICHTUNG-1
Abstrakt
Ein Plattenwärmetauscher besteht aus mehreren dünnen Wellplatten mit Öffnungen für zwei Wärmeaustauschflüssigkeiten. Die Platten werden zu einem Stapel mit einer Gummidichtung zwischen jeder Platte zusammengefügt. Aufgrund des Montagedrucks und der hohen Betriebstemperatur im Plattenwärmetauscher neigen die Dichtungen manchmal zum Reißen.
In dieser Arbeit werden Bruchmodelle für Gummi in FE-Anwendungen evaluiert und implementiert. Dies beinhaltet die Durchführung von Labortests zur Bestimmung der Materialeigenschaften für zwei Gummimaterialien sowie die Unterstützung und Überprüfung von FE-Simulationen. Es werden Experimente mit reinen Schertestproben vorgestellt, und die reine Schertestmethode spiegelt den tatsächlichen Zustand in der Dichtungsvertiefung wider.
Das Zerreißenergiekriterium wird gründlich bewertet und als nicht gültig für Risslängen von weniger als 5 mm angesehen. Daher wird das Vorhandensein kleiner Risse (Materialunregelmäßigkeiten) von ungefähr 50 & mgr; m nicht durch das Zerreißenergiekriterium oder durch ein anderes in dieser Arbeit bewertetes Bruchkriterium gestützt.
Spannungsanalysen einer EPDM-Dichtung werden in ABAQUS durchgeführt und zeigen, dass die maximale Cauchy-Hauptspannung bei einer Temperatur von 130 ° C ein Niveau von 9,5 MPa erreicht. Daher wird die Materialfestigkeit überschritten und die Bruchmechanik als Hauptfaktor für den Bruch von Dichtungen ausgeschlossen.
1. Hintergrund
Bei einem Plattenwärmetauscher sind die Dichtung und das Plattenmaterial zusammen mit der geometrischen Form der Dichtung und der Geometrie der Dichtungsnut kritische Faktoren für die Leistung des Plattenwärmetauschers. Um die Dichtungseigenschaften zu verbessern und die Zeit im Konstruktionsprozess zu verkürzen, hat Alfa Laval begonnen, die Finite-Elemente-Analyse als Werkzeug für die Entwicklung neuer Konstruktionen und für die Modifikation bestehender Produkte einzusetzen.
Diese Masterarbeit ist eine Fortsetzung einer früheren Masterarbeit, FE-Analyse an einer Plattenwärmetauscherdichtung [6]. Abschließende Bemerkungen in dieser Arbeit stellten fest, dass die Spannungsniveaus nicht allein dazu führen können, dass die Dichtungen zusammenbrechen. Daher wird an anderer Stelle nach Erklärungen für das Versagen der Dichtung gesucht, um zu untersuchen, ob die Bruchmechanik ein Hauptfaktor bei der Lösung des Problems ist.
2 Gummielastizität
Dieses Kapitel basiert auf der von P. -E verfassten These Modellierung der Elastizität und Dämpfung für gefüllte Elastomere. Austrell, [2].
Kautschuke sind stark nichtlineare Materialien und die einfache lineare elastische Spannungs-Dehnungs-Beziehung mit einem konstanten Elastizitätsmodul E kann nicht angewendet werden. Es ist daher notwendig, das Materialverhalten unter Verwendung eines anderen mathematischen Modells zu beschreiben, insbesondere der elastischen Eigenschaft. Die konstitutive Beziehung für ein hyperelastisches Material ist ebenso wie für ein lineares elastisches Material definiert als eine Beziehung zwischen Gesamtspannung und Gesamtdehnung.
Die Verformungsenergiedichte spielt dann eine zentrale Rolle bei der Definition der konstitutiven Beziehung für Kautschukmaterialien. Die Spannungen werden durch Ableitungen der Dehnungsenergiedichtefunktion W bestimmt, die eine Funktion der Dehnungsinvarianten ist
Zwei gebräuchliche Formen der Dehnungsenergiefunktion W, die in den meisten allgemeinen Finite-Elemente-Programmen implementiert sind, sind das Neo-Hooke-Modell, d. H.
und das Yeoh-Modell, dh
Die elastischen Parameter C10, C20, C30 sind die Konstanten, die das hyperelastische Materialverhalten in FEanalyses beschreiben.
