1. Einleitung
Metalldichtungen finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt, der Kernenergie, der Petrochemie und anderen Bereichen. Ihre Leistungsfähigkeit beeinflusst unmittelbar die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Anlagen. Unter extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, hohem Druck und starker Korrosion sind Metalldichtungen jedoch komplexen Belastungen und Umwelteinflüssen ausgesetzt und neigen zum Versagen, was zu Leckagen oder sogar katastrophalen Unfällen führen kann. Daher ist die eingehende Erforschung der Versagensmechanismen von Metalldichtungen unter extremen Bedingungen und die Entwicklung eines präzisen Lebensdauervorhersagemodells von großer Bedeutung für den sicheren Betrieb der Anlagen.
2. Versagensmechanismus von Metalldichtungen unter extremen Bedingungen
Die Versagensmechanismen von Metalldichtungen unter extremen Bedingungen sind komplex und vielfältig und umfassen im Wesentlichen Folgendes:
2.1 Ermüdungsbruch: Unter der Einwirkung wechselnder Belastungen entstehen Risse an der Oberfläche oder im Inneren der Metalldichtung, die sich allmählich ausbreiten und schließlich zum Bruch führen. Ermüdungsbruch ist eine der häufigsten Versagensarten von Metalldichtungen.
2.2 Kriechversagen: Unter hohen Temperaturen und anhaltender Belastung erfährt die Metalldichtung eine langsame plastische Verformung, die schließlich zum Versagen führt. Kriechversagen ist die Hauptversagensart von Metalldichtungen in Hochtemperaturumgebungen.
2.3 Spannungsrisskorrosion: Unter der kombinierten Einwirkung von Zugspannung und korrosivem Medium entstehen Risse an der Oberfläche von Metalldichtungsringen, die sich rasch ausbreiten und zu Sprödbrüchen führen. Spannungsrisskorrosion ist die häufigste Ausfallursache von Metalldichtungsringen in korrosiven Umgebungen.
2.4 Sonstige Ausfallarten: Dazu gehören auch Verschleiß, Reibverschleiß, Wasserstoffversprödung und andere Ausfallarten.
3. Lebensdauervorhersagemodell für metallische Dichtungsringe
Um die Lebensdauer von Metalldichtungsringen präzise vorherzusagen, haben Forscher eine Vielzahl von Lebensdauervorhersagemodellen vorgeschlagen, darunter hauptsächlich:
3.1 Lebensdauervorhersagemodell auf Basis der Bruchmechanik: Dieses Modell basiert auf der Theorie der linear-elastischen Bruchmechanik bzw. der elastisch-plastischen Bruchmechanik und sagt die Lebensdauer von Metalldichtungsringen durch Analyse des Rissausbreitungsverhaltens voraus.
3.2 Lebensdauervorhersagemodell basierend auf der Schadensmechanik: Dieses Modell betrachtet den Schädigungsprozess von Metalldichtungsringen als einen kontinuierlichen Prozess und sagt seine Lebensdauer durch die Aufstellung einer Schadensentwicklungsgleichung voraus.
3.3 Lebensdauervorhersagemodell auf Basis von maschinellem Lernen: Dieses Modell verwendet Algorithmen des maschinellen Lernens, um durch die Analyse einer großen Menge experimenteller Daten ein Lebensdauervorhersagemodell für metallische Dichtungsringe zu erstellen.
4. Fazit und Ausblick
Der Versagensmechanismus von Metalldichtungen unter extremen Betriebsbedingungen ist komplex, und die Lebensdauerprognose erfordert die Berücksichtigung mehrerer Faktoren. Zukünftig sind folgende Forschungsarbeiten notwendig:
4.1 Vertiefende Untersuchung des Versagensmechanismus von Metalldichtungen unter Mehrfeldkopplung.
4.2 Entwicklung eines genaueren Lebensdauervorhersagemodells zur Verbesserung der Vorhersagegenauigkeit und -zuverlässigkeit.
4.3 Entwicklung einer Technologie zur Zustandsüberwachung von Metalldichtungen, um eine Echtzeitüberwachung und frühzeitige Warnung vor deren Betriebszustand zu erreichen.
Veröffentlichungsdatum: 07.02.2025