1. Introduzione
Le guarnizioni metalliche sono ampiamente utilizzate nei settori aerospaziale, nucleare, petrolchimico e in altri settori, e le loro prestazioni influiscono direttamente sulla sicurezza e l'affidabilità delle apparecchiature. Tuttavia, in condizioni estreme come alte temperature, alta pressione e forte corrosione, le guarnizioni metalliche sono soggette a stati di stress complessi e fattori ambientali, e sono soggette a guasti, con conseguenti perdite o persino incidenti catastrofici. Pertanto, una ricerca approfondita sul meccanismo di guasto delle guarnizioni metalliche in condizioni estreme e la definizione di un modello di previsione della durata accurato sono di grande importanza per garantire il funzionamento sicuro delle apparecchiature.
2. Meccanismo di guasto delle guarnizioni metalliche in condizioni estreme
Il meccanismo di guasto delle guarnizioni metalliche in condizioni estreme è complesso e diversificato e comprende principalmente i seguenti fenomeni:
2.1 Frattura per fatica: sotto l'azione di carichi alternati, si formano delle cricche sulla superficie o all'interno della guarnizione metallica e si espandono gradualmente, portando infine alla rottura per frattura. La frattura per fatica è una delle forme di rottura più comuni delle guarnizioni metalliche.
2.2 Rottura per scorrimento: ad alte temperature e sotto stress continuo, la guarnizione metallica subisce una lenta deformazione plastica, che alla fine ne causa la rottura. La rottura per scorrimento è la principale forma di rottura delle guarnizioni metalliche in ambienti ad alte temperature.
2.3 Cricche da corrosione sotto sforzo: sotto l'azione combinata di sollecitazioni di trazione e di un mezzo corrosivo, si formano delle cricche sulla superficie degli anelli di tenuta metallici che si espandono rapidamente, causando una frattura fragile. La criccatura da corrosione sotto sforzo è la principale forma di rottura degli anelli di tenuta metallici in ambienti corrosivi.
2.4 Altre forme di guasto: comprendono anche usura, usura da sfregamento, fragilità da idrogeno e altre forme di guasto.
3. Modello di previsione della durata degli anelli di tenuta metallici
Per prevedere con precisione la durata degli anelli di tenuta metallici, i ricercatori hanno proposto una serie di modelli di previsione della durata, tra cui principalmente:
3.1 Modello di previsione della durata basato sulla meccanica della frattura: questo modello si basa sulla meccanica della frattura elastica lineare o sulla teoria della meccanica della frattura elasto-plastica e prevede la durata degli anelli di tenuta metallici analizzando il comportamento di propagazione delle cricche.
3.2 Modello di previsione della durata basato sulla meccanica del danno: questo modello considera il processo di danneggiamento degli anelli di tenuta metallici come un processo continuo e ne prevede la durata stabilendo un'equazione di evoluzione del danno.
3.3 Modello di previsione della durata basato sull'apprendimento automatico: questo modello utilizza algoritmi di apprendimento automatico per stabilire un modello di previsione della durata per gli anelli di tenuta metallici analizzando una grande quantità di dati sperimentali.
4. Conclusione e prospettive
Il meccanismo di rottura delle guarnizioni metalliche in condizioni di esercizio estreme è complesso e la sua durata deve essere stimata tenendo conto di molteplici fattori. In futuro, saranno necessarie ulteriori ricerche:
4.1 Studio approfondito del meccanismo di rottura delle guarnizioni metalliche sottoposte ad accoppiamento multicampo.
4.2 Sviluppare un modello di previsione della vita più accurato per migliorare la precisione e l'affidabilità delle previsioni.
4.3 Sviluppare una tecnologia di monitoraggio dello stato di salute delle guarnizioni metalliche per ottenere un monitoraggio in tempo reale e un avviso tempestivo del loro stato operativo.
Data di pubblicazione: 07-02-2025