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金屬墊片密封模型及應用研究？

金屬墊片密封是壓力容器和管道中常見的密封形式，其失效極少是因強度不足引起的，泄漏是連接系統失效的主要原因。現行金屬墊片的設計以墊片系數或線密封比壓為依據，主要針對法蘭強度問題，而沒有定量泄漏和緊密性的概念，因此無法從理論上說明連接是否緊密。
依據分形理論研究金屬墊片密封模型，探索密封表面形貌的分形特征和接觸應力等因素對密封性能的影響規律，對于密封元件的開發、使用以及連接設計準則和設計方法的建立具有重要的理論價值和實踐意義。密封面的表面形貌對金屬墊片的密封效果影響很大。分形理論的引入為解決難以處理和準確表征的復雜表面形貌問題提供了新的途徑。本文對分形理論的產生和發展作了簡要的回顧，介紹了表征機加工表面輪廓的兩種分形模型（W-M函數和分形插值函數）以及分形參數和無標度區間主要計算方法。W-M函數能反映機加工粗糙表面的非平穩、多尺度、不規則等許多特性，因此本文采用W-M分形函數表征金屬墊片密封表面形貌。并通過對W-M函數模擬輪廓曲線分析，闡明了W-M函數中各個分形參數的物理意義。
采用結構函數法和三直線偏差法分別計算金屬墊片表面輪廓曲線的分形參數和無標度區間，為金屬墊片密封表面形貌的分形表征奠定基礎。測量了不同壓緊應力下金屬墊片密封表面輪廓曲線，確定了表面輪廓結構函數曲線無標度區間，并計算了表面輪廓的分形維數、尺度系數和特征尺度系數，探討了壓緊應力對這些分形參數的影響。
研究表明，金屬墊片密封原始表面和受壓后表面均具有分形特征；隨著壓緊應力的增大，金屬墊片密封表面的分形維數呈增大趨勢，尺度系數逐漸減小，表面變得越來越光滑，特征尺度系數變化無規律性。在不同壓緊應力下，分形維數和尺度系數與金屬墊片密封表面形貌具有很好的對應關系，因此可用分形維數和尺度系數表征金屬墊片密封表面形貌，為金屬墊片密封性能的研究提供依據。

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