Rapportage m.b.t. analyses van een klepzitting

Rapportage m.b.t. analyses van een klepzitting

Citation for published version (APA):

Schoofs, A. J. G. (1980). Rapportage m.b.t. analyses van een klepzitting. (DCT rapporten; Vol. 1980.009). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1980

Document Version:

Uitgevers PDF, ook bekend als Version of Record

Please check the document version of this publication:

• A submitted manuscript is the version of the article upon submission and before peer-review. There can be important differences between the submitted version and the official published version of record. People interested in the research are advised to contact the author for the final version of the publication, or visit the DOI to the publisher's website.

• The final author version and the galley proof are versions of the publication after peer review.

• The final published version features the final layout of the paper including the volume, issue and page numbers.

Link to publication

General rights

Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain

• You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal.

If the publication is distributed under the terms of Article 25fa of the Dutch Copyright Act, indicated by the “Taverne” license above, please follow below link for the End User Agreement:

www.tue.nl/taverne Take down policy

If you believe that this document breaches copyright please contact us at: openaccess@tue.nl

providing details and we will investigate your claim.

- 4 -

Aan: Keystone Valve B.V.

Mijkenbroek 20

4824 Ai3

Breda

t.a.v. de heer

H. Hoelen

Rapport

WE

80-09

door Ir. A.J.G. Schoofs

Vakgroep Technische Mechanica

Techn. Hogeschool Eindhoven

4

juni

1980

Rapportage m.b.t. analyses van een klepzitting

Probleemstelling

Voor de probleemstelling zie bijlage

1 ;

voor de dimensionering van de

klepzitting zie Keystone tekening nr.

E-415,

d.d.

3-12-1976.

De klepzitting is als volgt geschematiseerd:

1:

silicon

2:

teflon

Fig.

1 .

Schematisering van klepzitting.

De kleprand is

a l s

volgt uitgevoerd:

Fig.

2 ,

Kleprand.

-

0.5 (mm).

-

-

2 -

Randvoorwaarden

E r z u l l e n 2 sets v e r s c h i l l e n d e randvoorwaarden

i n

rekening worden g e b r a c h t ( z i e f i g

.

3)

.

I

vol l e d i g gekoppeld

(al

F i g

vas te" randen

I1

, 3 . Randvoorwaarden.

(b) "losse" randen

B i j (a) i s er een v o l l e d i g e k o p p e l i n g v a n d e randen v a n de z i t t i n g met d e vaste w e r e l d ; ook h e t t e f l o n en s i l i c o n z i j n v o l l e d i g gekoppeld a l s waren z i j a a n e l k a a r g e v u l c a n i s e e r d . B i j (b) z i j n a l l e e n d e k o r t e randen van het t e f l o n g e b i e d v o l l e d i g aan de vaste w e r e l d gekoppeld, D e v e r d e r e

randen z i j n i n d e normaal r i c h t i n g gekoppeld, maar i n t a n g e n t i ë l e r i c h t i n g i s w r i j v i n g s l o o s schuiven m o g e l i j k ; een d e r g e l i j k e koppeling g e l d t ook t u s s e n h e t t e f l o n en s i l i c o n .

D e s i t u a t i e s (a) en (b) z u l l e n d e w e r k e l i j k h e i d i n s l u i t e n .

Tussen d e k l e p en de z i t t i n g wordt een g e b i e d aangenomen waar m o g e l i j k k o n t a k t O p t r e e d t . Daar w ~ r d t C o u l ~ m b s e w r i j v i n g i n rekening g e b r a c h t

met een w r i j v i n g s c o ë f f i c i ë n t van

0.1.

I n welk gebied inderdaad k o n t a k t o p t r e e d t , z a l d e analyse moeten u i t w i j z e n . D e mediumdruk pg wordt s t e e d s g e l i j k n u l genomen; v o o r p

rekening worden g e b r a c h t . Het t r a j e c t w a a r o v e r p o p t r e e d t strekt z i c h u i t v a n d e rand t o t aan h e t g e b i e d met m o g e l i j k k o n t a k t h e t w e l k aange- nomen i s t u s s e n d e punten A en B ( f i g . 3.a).

\

z u l l e n d e waarden O ,

1 ,

2

en 2.5 N / m i n

1

- 3 '

Materiaaleigenschappen

Aangezien het probleem ais lineair elastisch wordt geschematiseerd kan

voor de materiaaleigenschappen volstaan worden met de elasticiteits-

modulus E en de dwarscontractieconstante

v.

Voor het teflon is in rekening gebracht

2

E

=

560

N/mm

v

= 0 . 4 6

1

volgens opgave van Du Pont.

(Een door ons uitgevoerd buigproefje aan een teflon strip resulteerde

in een E-modulus van

435

N/mm ) .

Voor het silicon is in rekening gebracht:

E

=

2.06 N/mm2

v

= 0,4995

Toe1

ich

ting

:

2

als resultaat van een trekproefje alhier uitgevoerd.

silicon (rubber) wordt als incompressibel beschouwd

( v = 0 . 5 ) .

De waarde

0 . 5

geeft numerieke problemen

in het programma; aangenomen wordt ,dat

v

= 0.4995

de werkelijkheid voldoende nauwkeurig weergeeft.

Verdeling in elementen

De elementverdeling is gegenereerd met het programma "TRIQUAMESH" op

basis van onderstaande schets,

-

4‘

De invoer voor TRIQUAMESH luidde:

Gebruikt worden ringelementen met een driehoekige dwarsdoorsnede en met

een lineair verplaatsingsveld. Het aantal elementen bedraagt

471,

het

aantal knooppunten

3 1 6 .

Fig. 5 en fig. 6 tonen de verdeling in elementen

resp. een uitvergroting van de contactzône.

Res

u1

tat

en

De berekende resultaten zijn via de regeldrukker en de plotter uitge-

voerd. De belangrijkste resultaten zullen wij in enkele

grafieken samenvatten. Gekeken wordt naar:

2. het verloop van de normaalspanningen

in

dit grensvlak en d e maximale normaalspanning.

3.

de grootste radiale verplaatsing van de knooppunten waarop d e mediumdruk p 1 aangrijpt.

- 9 -

C o n c l u s i e s

H e t

i n

de p r o b l e e m s t e l l i n g ( b i j l a g e I ) vermelde en e x p e r i m e n t e e l g e c o n s t a t e e r d e e f f e c t , d a t de onderzochte z i t t i n g c o n f i g u r a t i e een g u n s t i g e f f e c t h e e f t op d e d i c h t h e i d v a n de k l e p b i j toenemend d r u k v e r s c h i l van h e t medium, wordt door de u i t g e v o e r d e analyses b e v e s t i g d .

Zowel de t o t a l e c o n t a c t k r a c h t e n tussen d e k l e p en d e z i t t i n g ( f i g . 7 )

a l s d e normaal-spanningen i n d e c o n t a c t z ô n e ( f i g . 8 en f i g . 9 ) tonen d a t aan.

B i j zg. "losse" randen z i j n d e k r a c h t e n en spanningen weliswaar d u i d e l i j k l a g e r dan b i j "vaste" randen, e c h t e r de relatieve toename ervan b i j toenemend d r u k v e r s c h i l v a n h e t medium i s g r o t e r .

F i g .

10

z e g t i e t s o v e r d e d e f o r m a t i e v a n de k l e p z i t t i n g . O p v a l l e n d i s d e g e r i n g e extra ( t . o . v . de v o o r g e s c h r e v e n indrukking) d e f o r m a t i e v a n d e z i t t i n g b i j vaste randen, en d e daarentegen g r o t e d e f o r m a t i e b i j l o s s e randen.

Een bijkomende c o n c l u s i e i s d e r h a l v e d a t , i . v . m . h e t b e p e r k t houden v a n materiaalspanningen ( v o o r a l i n d e t e f l o n membraan), c o n s t r u c t i e f g e s t r e e f d moet worden naar de s i t u a t i e van "vaste" randen.

Bij Key:, tone z i j n u i t exyerimenien d a i i w i j z i g i n i e n v e r k r e g e n d a t e e n

bepaalde c o n f i g u r a t i e vat1 d e a f d i e l i t i r i g v a n een k l e p g u n s t i g i s met

b e t c t i k h i n g t o t d e d i c h t h e i d b i j v e r s c h i l l e n d e drukken v a n h e t medium.

A l v o r e n s d i e c o n f i g u r a t i e t e gadn o p t i m a l i s e r e n i s h e t nodig d a t h e t

germmde guns t i g e e f f e c t ook door middel van e e n a n a l y s e kan worden dangetoond. H e t ondertiavige p r o j e c t b e s t a a t u i t d e z e o r i ë n t e r e n d e

d l l c l L y S r .

De ctndlyse z a l g e s c h i e d e n d.m.v. d e methode d e r e i n d i g e elementen. Er z a t één c o n s t r u c t i e g e a n a l y s e e r d worden, d . w , z . :

-

é é n g i o m e t r i s c h e c o n f i g u r a t i e van d e relevante o n d e r d e l e n .

-

Gén s e t m a t e r i a a l g e g e v e n s .

-

ciarLgen»men wordt d a t d e klep t . g . v . d e v e r s c h i l - d r u k o v e r d e k l e p

i ì i t l t i n a x i a l e r i c h t i n g v e r p l a a t s t t . o . v . h e t h u i s . L___

-

d e L o m t r u c t i e wordt a1.c z i j n d e r o t a t i e - s y m m e t r i s c h e n l i n e a i r - e l a s t i s c h 2:nat iseerd. kier g C J r d g V ~ ~ I I d e h i e p w o r d t bzl.,ekeri b i j 3 b e l a s t i n g e n nl. d r u k v e r s c h i l l e n *Id11 C!, LO e n 2'5 bar o v e r d e d i c h t e k l e p .

i>, i U V O C I g ~ g e v e r l s ai sinede act r e c u i L d t e n ( r e g e l d r u k k e r - en g r a f i s c h e u i c v o e r )

Lusies o n z e r z i j d s V ~ Rd e berekening z u l l e n a a n K e y s t o n e t e r hand

worden g e s t e l d , b e g e l e i d door een beknopte s c h r i f t e l i j k e r a p p o r t a g e .

De gegevens en r e s u l t a t e n m.b.t. h e t onderzoek z u l l e n v e r t r o u w e l i j k worden behandeld.

A. Schoofs