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金属密封环作为航空发动机中重要的密封件,其密封特性将直接影响航空发动机的安全运行和工作效率。随着航空发动机性能的不断提升,金属密封环需要适应更加严苛的工作条件,这对金属密封环提出了更高的要求。同时,减轻密封环质量是降低制造成本的有效手段。因此,通过对金属密封环的密封性能分析与优化,提升其综合性能便显得十分重要。本文以某型号的W形金属密封环作为研究对象,围绕W形金属密封环的密封性能、结构多目标优化和成型壁厚减薄性能展开研究。以建立的W形金属密封环有限元模型为基础,分析了W形金属密封环的密封性能。综合考虑W形金属密封环质量、最大等效应力和最大接触应力这几项性能指标,进行W形密封环结构多目标优化设计。对比理想壁厚和成型减薄壁厚下的密封环性能,确定出可以模拟W形金属密封环壁厚减薄的方法。其主要内容如下:(1)本文首先建立W形金属密封环有限元模型,对常温预紧工况和高温工作工况进行应力分析,然后分析W形密封环的工况参数和结构参数对其密封性能的影响,并进行W形密封环的轴向刚度和压缩回弹特性分析,通过总结不同外径的W形密封环的轴向刚度和应力变化规律,能够实现W形密封环的性能预测。(2)依据各结构参数变化对W形密封环密封性能和质量的影响,筛选出对密封环质量、最大等效应力和最大接触应力这几个优化目标影响显著的设计变量。运用拉丁超立方试验设计方法,采集设计变量与响应的样本值,完成二阶响应面模型的构建,并验证近似模型的精度。基于NSGA-II遗传算法进行多目标优化设计,在提高W形密封环密封性能的同时,减轻了其质量。(3)考虑W形密封环成型过程的壁厚减薄,进行成型样件壁厚值测量,建立减薄壁厚的W形密封环有限元模型,对理想壁厚和减薄壁厚的W形密封环性能进行仿真对比。参考应用成熟的波纹管的各种减薄方法,确定了ASME减薄方法可以近似模拟W形密封环的成型壁厚减薄。