基于ANSYS的Y形密封圈密封性能研究

利用有限元分析软件ANSYS研究Y形密封圈的密封性能,分析不同工作压力下密封偶合面间的压力分布与变形,得到密封偶合面间的接触应力分布规律及接触应力与工作介质压力之间的关系。模拟不同工况时Y形圈与相对运动表面间的摩擦力大小及Y形圈的挤出状况,给出不同间隙和不同工作压力下的挤入临界曲线。结果表明:Y形密封圈接触压力的最大值发生在密封圈与缸体接触的唇部区域;摩擦力最大值发生在Y形圈与活塞及缸体接触的2个唇形区域;Y形密封圈上下唇的最大接触压力随着工作压力的增加而增大,且总是大于工作压力,并且外行程时受到的摩擦力总是大于内行程时受到的摩擦力,因而具有良好的耐压性和密封性能。     

往复密封轴用Y形密封圈密封性能分析

为研究往复密封轴用Y形密封圈在静、动密封工作时的密封性能,利用有限元软件ABAQUS建立了Y形密封圈二维轴对称有限元模型,讨论了工作压力、密封间隙、往复运动速度、摩擦系数对其密封性能的影响。结果表明:静密封工作时,Y形密封圈内部应力基本呈对称分布;动密封工作时,Y形密封圈内唇侧应力明显大于外唇侧应力,外行程应力变化波动幅度大于内行程相应应力变化波动幅度,外行程更易引起密封圈失效;Y形密封圈根部、上端开口处、内唇唇口、密封圈与活塞轴接触区域较易发生失效;Y形密封圈最大接触应力均大于相应工作压力,具有较好的密封性能;往复运动速度对最大Von Mises应力影响较小;工作压力、密封间隙、摩擦系数对最大剪切应力影响较大。     

活塞密封结构的改进

目前各类磨床油缸与活塞的密封,大多采用O形密封圈。O形密封圈虽有结构简单、装拆容易、更换方便等优点,但也存在一些缺点: (1)以O形圈为密封件的活塞与油缸,一般采用H8/f8间隙配合。为了使O形圈有预压缩量,O形圈放入活塞槽后总是略高于活塞外圆表面。不过,因制造O形圈的橡胶的弹性模数极低(E=8MPa),不能承受活塞与活塞杆重量的下垂。当装进油缸后活塞的下半部表面就直接与油缸壁接触,所有配合间隙均在活塞上半部与油缸壁之间,总装配时不能作到活塞、活     

硬度对液压马达O形密封圈性能影响的分析

以仿真转台液压马达密封结构为研究对象,利用有限元分析软件ABAQUS建立其有限元模型,采用罚函数技术和库仑摩擦模型对O形密封圈和马达密封副间的摩擦接触进行有限元分析,研究O形密封圈材料硬度对接触压力、密封圈Mises应力和密封圈与马达密封副间接触面积的影响,分析接触压力、密封圈Mises应力峰值和接触面积的分布规律。结果表明：接触压力随O形密封圈材料硬度的变化呈“驼峰”式变化;在“驼峰”位置随材料硬度的增加而增大;材料硬度小于85 HA时,对O形密封圈Mises应力的影响并不明显;材料硬度大于85 HA时,Mises应力增大幅度变大,容易导致密封圈损坏;密封圈与马达轴间静接触面积整体上随密封圈材料硬度的增大而减小,故应尽量控制密封圈硬度,保证足够的接触面积。     

基于有限元分析的O形圈密封高压咬伤问题研究

该文对O形密封圈采用超弹性单元建立了轴对称非线性二维有限元分析模型,利用ANSYS有限元分析软件,采用增强拉格朗日几何非线性和接触非线性算法求解。对液压静态O形橡胶密封圈在不同预压缩量、胶料硬度、介质压力、密封腔间隙等边界条件下,进行O形圈的变形应力-应变分布规律研究,确定导致高压下O形圈间隙咬伤的密封失效准则和失效判据。建立了实现O形圈高压下有效密封的包络区域,并同试验结果对比验证了仿真结果的正确性,为指导高压下O形圈密封沟槽的优化设计提供参考。     

组合密封圈密封性能仿真研究

为分析组合密封结构密封性能,对其密封状态下应力进行仿真研究。通过静态压缩实验获取橡胶材料和聚四氟乙烯材料力学性能;建立组合密封圈的有限元模型,研究了预压缩率、侧向油压和作动器运动方向对橡胶O形圈密封性能的影响;进一步分析了运动方向对斯特封密封性能的影响。研究表明,密封圈应力与压缩率、油压成正比,运动方向对O形圈应力有影响,运动方向对斯特封应力影响较小。     

基于快开式高压容器的O形密封性能分析

该文通过Workbench对O形圈预密封与高压密封过程进行了非线性仿真,研究了O形圈压缩率对密封性能的影响,得出不同压缩率下的O形圈应力与接触压力分布情况,针对快开式高压密封结构的需要,以设备能够承受高压反复开启不损伤或轻微损伤密封圈为原则,给出了O形圈压缩率更为严格的选取范围15%～20%;在此基础之上分析了弧形聚四氟乙烯单挡圈与双挡圈组合密封结构,结果显示单个挡圈有效抵抗密封圈内部应力集中,双挡圈提供了更大的密封接触压力,由此双挡圈结构更适合快开式高压密封。     

双浮动密封橡胶O形圈接触应力分析

针对双浮动密封橡胶O形圈接触过程应力的变化,建立双浮动密封二维轴对称非线性接触模型;利用有限元方法对O形圈进行应力计算,分析O形圈在不同压缩率、不同浮封座和浮动环的斜面角度及不同摩擦因数下的应力变化情况。结果表明:橡胶O形圈各应力最大值随压缩率的增加呈线性增大, O形圈内高应力分布区域随压缩率的增加而增大,并由接触部位附近向其中间位置扩散;摩擦因数对O形圈各应力影响很小,而浮封座和浮动环的斜面角度对O形圈等效应力和接触压力影响较大;随着浮封座斜面角的增加,等效应力总体趋于减小,接触压力先减小后缓慢增加,而剪切应力整体变化较小;随着浮动环斜面角的增加,等效应力、接触压力呈递增趋势,剪切应力曲线上下波动,但整体变化不明显。确定双浮动密封浮封座和浮动环斜面角度最优值,为双浮动密封结构设计提供了指导。     

考虑安装过程的O形密封圈有限元分析模型

对于有密封要求的液压作动筒而言,O形密封圈在其中起到重要的作用。首先针对液压作动筒中的活塞密封结构,提出一类新的有限元分析模型,然后利用ANSYS软件研究O形圈密封结构在不同油压和压缩率作用下的应力分布及接触压力分布,并将有限元结果与以往的模型进行对比,总结每类模型的适用条件。新的有限元分析模型考虑了实际安装过程对密封圈的影响,对密封圈的安装具有指导意义,也为密封圈的动力响应分析提供了较好的模型。     

橡胶O形圈密封性能的有限元分析

采用ABAQUS有限元分析软件建立O形密封圈的二维轴对称模型,研究预压缩率与介质压力对O形圈VonMises应力、接触应力、接触长度的影响,确定O形圈容易失效的位置,并使用Karaszkiewicz接触公式对有限元分析的结果进行验证。结果表明:O形圈和密封槽转角接触部位容易失效;接触应力呈抛物线分布,接触应力、接触长度随着预压缩率、介质压力增大而增大,有限元计算值与Karaszkiewicz公式计算值较为一致,验证了有限元分析结果的可靠性。     

矩形橡胶密封圈的有限元分析

利用ANSYS建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型,分析了初始压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压力的影响,并与O形圈进行了对比。结果表明,矩形圈密封面处的接触压力随初始压缩率和液体压力的增加而增大;矩形圈较O形圈的接触压力均匀、密封面大、密封效果好且初始压缩率小、老化速度慢、尺寸稳定性好,但矩形密封圈的接触面积大,散热效果差,只能用于静密封。     

液压马达中活塞与缸体的密封结构有限元分析

应用有限元法,借助ANSYS软件分析液压马达中活塞和缸体间O形圈加密封环的组合密封和新型膨胀环密封2种典型密封结构,获得2种密封结构在不同工作压力下的变形以及密封圈接触面的应力分布规律,并对2种密封结构的密封效果进行了比较。分析结果表明：随着油压的升高,2种密封结构的范.米塞斯（Von M ises）应力都随之增加,均具有很好的自适应能力,但膨胀环密封更优;2种密封都达到了密封的效果,新型膨胀环密封的密封性能要好于组合密封结构,即使膨胀环密封由于局部应力过高可能造成磨损,但楔形结构可保证其密封效果得到自动补偿。     

钻井泵活塞缸套密封系统密封性能流-固耦合分析*

现有的关于钻井泵活塞皮碗受力情况的相关研究,大多忽略了钻井泵工作过程中活塞缸套与钻井液的流-固耦合作用,得出的结论与实际的受力特性有一定的差别。为研究活塞皮碗的受力情况,通过建立活塞缸套的有限元模型,采用流-固耦合方法来模拟活塞缸套受力特性,同时探讨皮碗过盈量以及唇角尺寸对其密封性能的影响。仿真结果表明：缸套与皮碗接触面之间受力变化规律与缸套内压力变化规律相似;在最大工作压力作用下,缸套内表面和垫圈表面与皮碗接触部位等效应力都较大,但相较于缸套和垫圈,皮碗是活塞密封中最易失效的部件;皮碗的应力主要集中在活塞皮碗的唇部及根部与垫圈接触处,而这也是皮碗易发生失效的2个部位;当皮碗过盈量大于1.0 mm,唇角大于15°时,皮碗唇部会产生向心效应,进而影响皮碗的密封性能。     

Wear and friction of PTFE seals

Radial lip seals made from PTFE-compounds are used more and more frequently for the sealing of crank shafts in the automotive industry. Due to wear the seal loses material and finally fails. State-of-the-art is the experimental determination of the tribological behaviour on a test rig with pin-on-disc apparatus with the help of which the wear behaviour of sealing systems, especially of PTFE seals, can be predicted. Because of the non-linear elasto-viscoplastic material properties of the sealing material the history-dependent seal mounting process has to be followed in the finite element analysis (FEA). A new FEA procedure is presented which can meet these demands. It is based on a modified iterative `rezoning' procedure. Under the assumption that the lip wears out according to the magnitude of the contact stress (maximum wear at maximum contact stress) the node coordinates of the seal contact surface are modified according to the node contact forces. Comparisons between numerical simulations and long-term service seals are made. The experiments also indicate under which radial load the seal can withstand insufficient lubrication which occurs in practical use without much wear.     

深海环境中水下滑翔器密封结构数值分析

为检验水下密封结构的可靠性,利用Ansys Workbench集成平台对有无挡圈配合的O形密封圈的变形和受力情况进行比较分析,并对深水环境中有挡圈配合的O形圈的密封性能进行数值模拟分析。结果表明:在介质压力较大时,有挡圈配合的O形圈可有效防止挤入咬伤,在同样保证密封可靠的条件下最大Von Mises应力可减小20%以上;当介质压力为10 MPa左右时,有挡圈配合的O形圈的最大Von Mises应力有明显的拐点,介质压力大于10 MPa后,O形圈的应力变化趋于平缓,可避免O形圈被破坏导致的密封失效;有挡圈配合的O形圈结构中,起密封作用的是O形圈而非挡圈,挡圈的作用主要是改善O形圈的受力,提高整个密封结构的可靠性。模拟的结果可以说明O形圈配合挡圈提高密封可靠性的原理,为水下密封结构的可靠性检验和密封结构的优化提供了有效的方法。     

液压缸往复密封圈表面接触应力监测研究

在液压缸中，往复动密封圈表面接触应力是决定其密封有效性的关键，但由于在工作过程中对往复密封表面接触状态进行监测的难度很大，因此对其变化规律仍缺乏深入了解。针对这一问题，以液压缸活塞杆Y形密封圈为对象，通过有限元仿真分析密封圈内唇磨损对密封圈表面接触应力的影响，确定密封圈表面接触应力的最佳监测部位；采用光纤光栅传感器(FBG)进行密封槽表面接触应力监测试验，通过铺设于密封槽的FBG传感器采集应力数据，得出密封圈周向和轴向接触应力均随内唇磨损增加呈现先增大后减小的趋势，与仿真结果一致；接触应力对密封磨损程度变化的响应灵敏度会随密封压力的增加而增大。研究结果为液压缸实际运行过程中往复动密封状态的监测提供了依据。     

Y形密封圈的有限元分析及结构改进

采用有限元软件ABAQUS,分析活塞和活塞杆间Y形密封圈密封面上的接触压力和摩擦力。针对Y形密封圈存在的密封面接触压力过大和摩擦力波动较大的问题,在原来的Y形圈唇部增加一个O形密封圈,起静密封和提供弹力支撑的作用。分析结果表明,优化后Y形圈接触压力和摩擦力明显减小,且摩擦力曲线波动更小,既能保证密封效果,又减小了因摩擦过大引起的Y形圈磨损失效,提高了Y形圈的使用寿命。     

基于神经网络的唇封结构优化方法

旋转唇形密封广泛用于机械行业,其密封圈的设计合理性直接影响着密封性能。采用有限元仿真、数值仿真等技术,研究唇口各个关键参数对密封圈性能的影响规律,并结合深度学习技术,利用Pytorch框架搭建出唇封性能神经网络预测模型,拟合出唇封各相关结构参数和其密封性能(泄漏率、摩擦力)之间的影响规律;利用建立的模型在参数空间中找到密封性能最优的一组参数值,通过经典唇封数值仿真技术验证该神经网络模型的准确性,提高了唇封结构优化设计效率。结果表明,基于Pytorch框架所搭建的非线性人工神经网络可建立精度较高的唇封结构参数和密封性能的非线性映射关系,利用这种方法可以快速找到优化程度更高的唇封结构参数,提高了唇封结构优化设计效率。     

海工装备液压缸多重组合式密封结构设计与仿真分析

针对单个密封圈易磨损导致密封失效,且更换密封件过程繁琐的不足,设计多重组合式密封结构。该设计在单个密封圈密封结构的基础上,在活塞杆内侧设置两个起缓冲作用的密封圈,在缸底增加一个密封圈,构成多重组合式密封结构。通过有限元仿真,分析在均匀分布的不同压力下,单密封圈密封结构和多重组合式密封结构中的密封圈随着活塞杆往复运动时,密封圈的最大承载与受挤压形变,探究密封圈使用寿命和应力集中区域的变化。结果表明：多重组合式密封结构能够有效减小密封圈所承载的压力,密封圈使用过程中无明显挤压磨损现象,使用寿命延长,验证了多重组合式密封系统的有效性与可行性。     

压缩式封隔器洗井活塞密封性能仿真研究

压缩式封隔器通过液压油驱动洗井活塞运动从而完成油层或水层间的隔离,活塞的有效密封是保证封隔器正常工作的前提。通过建立O形密封圈的非线性有限元分析模型,对配合外径为115.7 mm,厚度分别为5.3 mm和3.55 mm的两种O形圈进行了分析,通过密封圈接触面最大接触压力判据,得到两种结构密封圈的临界工作压力为8.4 MPa和7.6 MPa。依据Von Mises应力对密封圈进行仿真校核的结果表明所分析结果是正确的。所得研究成果可对O形密封圈的设计与使用提供理论依据,为提高封隔器的可靠性从而确保油气勘探开发的安全进行提供指导。