李伟平　贾占举　尹文锋　程家旺　冉晶

摘   要：针对多W型金属封严环在高温高压工作环境下的疲劳寿命预测问题，综合考虑燃气温度、介质压力和螺栓预紧等载荷作用，基于热力耦合的方法完成了多W型金属封严环应力分析及疲劳寿命预测.结果表明：封严环最大应力位置与疲劳寿命最小位置一致，均在波峰圆弧外侧表面处;燃气温度500 ℃、介质压差0.5 MPa条件下该封严环疲劳寿命达到最高;文中提出的预测金属封严环疲劳寿命的方法比较可靠，为先进金属封严环的设计提供了参考.

关键词：多W型金属封严环;耦合计算;强度;疲劳

中图分类号：V232                                  文獻标志码：A

Fatigue Life Prediction of Multilayer Structure

Metallic W-ring Based on Thermal-mechanical Coupling

LI Weiping，JIA Zhanju，YIN Wenfeng，CHENG Jiawang，RAN Jing

（State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body，Hunan University，Changsha 410082，China）

Abstract： For the fatigue life prediction of structure metalic W-rings in high temperature and pressure working environment，considering the loads of gas temperature，medium pressure and bolt preloading，the stress analysis and fatigue life prediction of metal seal ring were completed based on the thermal-mechanical coupling method. The results show that the position of the maximum stress is consistent with the minimum fatigue life，both at the outer surface of the wave arc. The seal ring has the highest fatigue life under the condition of gas temperature of 500 ℃ and pressure difference is 0.5 MPa. The method for predicting the fatigue life of metal seal ring is reliable，which provides the reference for the design of advanced metal seal ring.

Key words： multilayer structure metallic W-rings;coupling calculation;strength;fatigue

弹性金属密封技术是为满足宇航工业发展要求而产生的一种新型密封技术，可用于高温、高压、强辐射介质等恶劣的密封环境[1].与常规静密封件相比，W型金属封严环具有良好的回弹性能和设计灵活性，同时在高温条件下具有更好的工作稳定性和振动追随性，目前在航空发动机上已经广泛使用.

金属封严环的主要性能指标包括轴向刚度、回弹性能、密封性能、强度以及疲劳寿命等.金属封严环在实际工作中受到多种载荷的共同作用，同时金属封严环分析涉及到接触非线性、几何非线性和材料非线性等问题.以往对W型金属封严环的分析多局限于研究其结构参数对轴向刚度、回弹性能以及密封性能的影响.索双富等[2]进行了W型金属封严环的轴向刚度影响因素分析.王晨希等[3]进……