Prilagođeni gumaški delovi za ekstremne okruženja: materijali i razmatranja u dizajnu |

Аннотация: Перформансе гумених материјала су озбиљно изазване екстремним окружењима као што су висока температура, ниска температура, висок притисак, корозија и зрачење. Избор материјала и конструктивни дизајн су критични за производњу прилагођених гумених делова за употребу у екстремним окружењима. Овај чланак износи систематску анализу о томе како су својства утицала због екстремне животне средине и избор гумених материјала који се обично користе у екстремним окружењима, пружа релевантне разматрања за дизајн за производњу прилагођених гумених делова, са надом да обезбеди теоријске смернице и

Ključne reči: ekstremno okruženje, prilagođeni gumaški proizvodi, osobine materijala, strukturni dizajn, pouzdanost

Uvod

Odlična zakupljivost, amortizacija udara, otpornost na iznosenje i koroziju čine da su prilagođeni gumaški delovi široko korišćeni u aerokosmičkoj industriji, petrohemiji, istraživanju dubokog mora, nuklearnoj industriji i drugim oblastima ekstremnih okruženja. Međutim, faktori ekstremnog okruženja znatno utiču na performanse gumaških materijala, što uzrokuje degradaciju performansi i čak i oštećenje gumaških delova. Stoga je odabir odgovarajućeg gumaškog materijala i implementacija zvučnog strukturnog dizajna rešenje za bezbedno i pouzdanо funkcionisanje prilagođenih gumaških delova u ekstremnim okruženjima.

Prikupljanje podataka o osobinama gumaškog materijala iz biološki sigurnog okruženja

Utica ekstremnog okruženja na performanse gumaških materijala je višeslojni i kompleksan, glavnim načinom uključujući sledeće aspekte:

Visoka temperaturna toplina: sekundarna erozija gume izazvana visokim temperaturama ubrzava starenje gumskih materijala, što će uzrokovati povećanje tvrdoće, smanjenje izdržljivosti na tegao, smanjenje produženja do sloma i čak termičku dekompoziciju koja dovodi do trajnog deformisanja. S druge strane, visoke temperature mogu da pogorše kompresivne performanse i otpornost na iznosenje gumskih materijala.

To znači vrlo niska temperaturna okruženja: Niske temperature uzrokuju prelazak gumskog materijala u stakastu fazu, gubi se elastičnost, postaje hlapav i krpav, a snaga otpornosti na udarce ostre je smanjena. Preterano niske temperature mogu da uzrokuju skupljanje gumskih delova, a takođe će uticati na zaključnu funkcionalnost, čak i dovesti do neuspeha.

Pod dejstvom pritiska, gume materijali mogu da dožive smanjenje zapremine, krepovanje i otpor na stres, itd. U gornjem opsegu pritiska, pečave mogu da propadnu — za pečave. Pritom, visokopritisno polje često je uzrokovano promenom temperature, što će takođe komplicirati promenu performansi gumnih materijala.

Zapuštanje i crepanje gumnih materijala ili rastvaranje, dekompozicija, što dovodi do smanjenja mehaničkih osobina i skraćivanja života. Primer: Performanse različitih gumnih materijala u odnosu na korozivna sredstva variraju znatno.

Zracajni okruženje: Visokoenergetske zrake (gamma zrake, rentgenovske zrake, itd.) se izlažu kako bi prelomile, prepletle i oksidirale gumne lanice, promenile hemijsku strukturu i fizičke osobine gumnih materijala, povećavaju njegovu tvrdoću, povećavaju hrapavost, i smanjuju jačinu.

Gume materijale koji se koriste u ekstremnim uslovima.

Takođe je važno koristiti gumene materijale sa odgovarajućom tolerancijom prema različitim ekstremnim okruženjima. Ispod je lista nekoliko najčešće korišćenih gumenih materijala za ekstremna okruženja:

Fluor guma (FKM): Izaberi elastomer sa otpornostiu na visoke temperature, otpornost na ulje i hemijsku koroziju, može se koristiti u okruženju visokotemperaturnih kiselin i baza kao i u različitim organičkim solventima dugo vreme. Često se koristi za proizvodnju sigilaca, toplinsko otpornih cevi / delova itd. Međutim, niska temperaturna otpornost fluor gume nije dobra.

Kрем guma (VMQ): Kрем guma ima izuzetnu otpornost na visoke i niske temperature, električnu izolaciju i otpornost na oksidaciju, i dalje održava dobru elastičnost u temperaturnom opsegu od 60 °C do 200 °C. Koristi se za proizvodnju omotača visokotemperaturnih kablova, sigilaca za niske temperature itd. Međutim, mehanička čvrstoća kрем gume nije velika, a otpornost na nošenje nije dobra.

Hidrogenirana nitril-butadienska guma (HNBR): Hidrogenirana nitril-butadienska guma je hidrogenirana na osnovu nitril-butadienske gume, a njena otpornost na vrućinu, otpornost na ulja i otpornost na ozon su znatno poboljšane. Primenjuje se za proizvodnju sigilita motora u automobilima, opreme za bušenje ropy itd.

Etilen-propilen guma (EPDM): Etilen-propilen guma ima dobru otpornost na ozon, otpornost na vremenske uticaje, otpornost na vodu i otpornost na hemijsku koroziju, i može se izraditi u obliku vanjskih gumenih proizvoda. Međutim, nije otporna na ulja i neke rastvarača.

Perflorirana guma (FFKM): Jedna od najboljih gumnih materijala, sa ekstremnom otpornosti na visoke temperature, hemijsku koroziju i otpornost na rastvarače, može se koristiti dugo vreme u ekstremnim uslovima. Njena cena je skupa, a prikladna je za situacije u kojima je potrebna pouzdanost.

Prilagođavanje gumenih komponenti u izazovnim primenama: Ključni aspekti dizajna

Pored izbora gume, mora se dizajnirati razuman konstruktivni rešenje kako bi se osiguralo da delovi od gume mogu pouzdanо raditi u ovom sredinju. Neke smernice za dizajniranje koje treba imati na umu:

Razlike u koordinatama krive: Osigurati tačnost koordinata nosača i koordinata polumjera zakrivljenosti, izbjegavati koncentraciju napona na velikim površinama gumijenih dijelova, i koristiti prelaz sa zaobljenim uglovima kako bi se minimizirala lokalna koncentracija napona i poboljšao koeficijent životnosti oružјanskog gumijenog dela.

Kontrola opsega deformacije: Racionalno projektovanje oblika i dimenzija gumijenih dijelova, kontrola opsega deformacije tijekom radnog procesa, izbjegavati rastegavanje ili prekomerno stiskanje, te produžiti korisni život.

2 Optimizacija zaključne strukture: prema različitim primenama zaključivanja, treba izabrati odgovarajuću zaključnu strukturu, kao što su O-prstenovi, Y-prstenovi, pravougaoni prstenovi itd., kako bi se osigurala pouzdanost zaključne performanse. Međutim, treba uzeti u obzir uticaj promene temperature na dimenzije zaključnog elementa.

U procesu dizajna gume, neophodno je potpuno uzeti u obzir saglasnost gume sa sredinom koja je u kontaktu kako bi se izbeglo pufenje, trcenje ili fosforiranje materijala, a izabrati odgovarajuću površinu i način kontakta.

Izvršite FEA: Pomoću softvera za simulaciju konačnih elemenata, simulirajte raspodelu napona i deformacija gume/delova u ekstremnim uslovima, inženjeri Daid ajde optimizovanju strukturnog dizajna i poboljšanju pouzdanosti proizvoda.

Dovoljna verifikacija testiranja: Pre praktične primene treba izvesti dovoljnu verifikaciju testiranja, uključujući testove visoke temperature, niske temperature, korozije, starenja i druge, kako bi se potvrdilo da gume mogu da zadovolje projektne zahteve i pouzdanost.

Закључак

Potreba za prilagođavanjem zahteva da performanse gumene delove mogu da izdrže u ekstremnim uslovima. Ključno je za osiguravanje sigurnog i pouzdavnog rada gumenih delova u ekstremnim uslovima odabrati odgovarajuće gumene materijale i izvršiti razuman dizajn strukture. U budućnosti će sve više novih materijala nastajati i poboljšavati se metode dizajna, a prilagođeni gumeni delovi za ekstremne uslove će biti primenljivi u širem spektru oblasti. Isto vreme, potrebno je dalje istraživati mehanizam starenja i način oštećenja gumenih materijala u ekstremnim uslovima, kako bi se pružila teorijska smernica za dizajn i primenu gumenih delova.