基于有限元分析的矩形橡胶密封圈密封性能研究

针对矩形橡胶密封件,论述了密封圈的密封机理和材料的本构模型,运用有限元分析技术,分析了矩形密封圈的压缩率、温度和油压对Von Mises应力和接触应力的影响。结果表明:矩形密封圈压缩率、温度和油压对Von Mises应力和接触应力有很大影响,为密封圈的设计提供了理论依据。     

水下采油树油管悬挂器密封性能分析

以水下采油树油管悬挂器密封结构为研究对象,建立金属密封圈凸缘处的接触面为半圆形接触面(密封Ⅰ)和倾斜接触面(密封Ⅱ)2种形式的力学模型,利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分析过盈量、压力和温度对金属密封圈最大Mises应力和最大接触应力的影响及不同过盈量时接触应力在接触宽度上的分布。结果表明:密封Ⅰ的最大Mises应力和最大接触应力都随着过盈量、工作压力和温度的增加而增加,而密封Ⅱ的最大Mises应力和最大接触应力呈现不同的变化趋势;密封Ⅰ能够提供较大的接触应力,具有很强的密封能力,但密封宽度相对较小;一定的过盈量时,密封Ⅱ能达到较大接触宽度,保证良好的密封性能。     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。     

法兰用聚四氟乙烯垫片的密封性能分析

根据有限元理论,建立了管法兰连接有限元模型,对管法兰用聚四氟乙烯密封垫片的密封性能进行了数值计算。研究了垫片在预紧状态和工作状态下的Von Mises应力和接触应力分布,分析了管道内介质压力对其应力和应力分布的影响。结果发现:垫片在工作状态下的Von Mises应力大于其在预紧状态下的;介质压力越大,垫片的Von Mises应力越大,但垫片的有效接触宽度越小。     

基于ABAQUS的橡胶密封圈应力松弛分析

橡胶O形密封圈在高温工况下会发生应力松弛并导致密封失效。基于橡胶黏-超弹本构模型,利用有限元软件ABAQUS建立橡胶O形密封圈与沟槽接触的非线性有限元模型,分析O形密封圈在不同压缩率、不同油压、不同温度下的应力松弛情况及应力分布。结果表明:接触界面上的接触应力分布近似呈抛物线;O形密封圈应力在初期先急剧衰减,而后逐渐缓慢降低;压缩率和油压对应力松弛影响不大,但油压太大会降低密封可靠性;温度升高使应力松弛速率明显增大,并使最终应力降低,降低密封的可靠性。     

O形橡胶密封圈的热应力耦合分析

研究原油高温热采工具 O 形橡胶密封圈在高温高压下的密封特性。借助于大型有限元分析软件 ANSYS,建立 O 形橡胶密封圈及其边界的二维轴对称有限元模型,研究油压、装配间隙和摩擦因数对密封面最大接触应力、剪切应力和 Von Mises 应力的影响,并采用热应力耦合分析方法,分析温度对 O 形密封圈密封性能的影响。结果表明：摩擦因数对应力影响不大,而油压和装配间隙对应力影响很大,过大的装配间隙会造成 O 形橡胶密封圈最大接触应力下降和最大剪切应力上升,造成密封失效;当温度升高时,密封圈最大剪切应力和接触应力相应减小,而最大 Von Mises 应力明显减小,因此应使 O 形密封圈在适当的温度下工作,以确保密封的可靠性。     

海洋石油平台水下夹桩器密封性能研究

为了确保O形圈的水下夹桩器可靠密封,避免密封失效,提出了通过计算O形圈最大接触应力来判断密封可靠性的评价方法．建立了水下夹桩器O形圈与沟槽接触的非线性有限元分析模型,分析了O形罔在不同受力情况进行了分析研究,得出了相应情况下范·米塞斯（Von Mises）应力及最大接触压力的变化情况。结果表明：随着压缩率的变化,范·米塞斯（Von Mises）应力峰值和应力峰值区也相应改变．说明O形圈可能出现裂纹的位置是随着压缩率而变化的;O形圈与轴之间的最大接触压力随压缩率的增加而增加,最大接触压力始终大于油压,满足O形圈的密封条件．文中的方法和结果对相关密封结构的设计具有一定的指导意义。     

大型500 kV变压器主密封法兰系统受力分析

利用有限元分析软件ABAQUS对油浸式变压器的主密封界面的螺栓、垫片、法兰系统进行建模,分析预紧状态下法兰螺栓受力及变形情况,探讨接触应力随橡胶垫片压缩率、流体压力、橡胶垫片硬度的变化规律。结果表明:在螺栓预紧载荷作用下,法兰偏转使螺栓受力不均,箱沿连接处为法兰最易损坏位置,可在箱沿与箱体处加额外刚性固定来增加强度;随着压缩率与流体压力的增大,橡胶垫片的接触应力和von Mises应力均增大;橡胶垫片硬度越大,相同流体压力下的接触应力和von Mises应力也越大,因此当密封界面承受较大流体压力时,应选用硬度大的橡胶垫片。     

高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构有限元分析

利用ABAQUS软件建立了高压氢气环境下橡胶O形圈静密封结构的有限元分析模型,研究了高压氢气作用下由于橡胶材料的吸氢膨胀对O形圈变形及应力的影响,探讨了不同初始压缩率、氢气压力、沟槽间隙、有无挡圈等工况下O形圈最大Von Mises应力、最大剪切应力和最大接触应力的变化规律。结果表明:高压氢气环境下,吸氢膨胀会导致橡胶O形圈的截面高度和面积的增加,但对O形圈的应力基本无影响。增加O形圈压缩率会提高初始安装工况下的接触应力,有利于初始密封的形成,但当介质压力较大时,过高的压缩率会显著增加剪切应力,导致O形圈发生剪切破坏。相较于低压工况,高压下密封沟槽间隙对O形圈的Mises应力和剪切的影响非常显著,较大的沟槽间隙会使O形圈发生挤出和剪切破坏,而安装密封挡圈可明显改善O形圈的变形和应力情况,有效防止O形圈被挤入沟槽间隙,同时提高密封性能。     

低温往复O形圈失效机制研究

针对油气弹簧O形圈低温往复条件下普遍出现的失效现象,采用有限元方法建立O形圈摩擦力计算模型,研究常温与低温工况下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力随油液压力的变化规律。结果表明,随油液压力的增加,常温下O形圈的应力、接触宽度、摩擦力均增大,而低温下Von Mises应力、接触宽度减小,接触应力和摩擦力增大;低温工况下O形圈的Von Mises应力、接触应力和摩擦力远大于常温工况;当油液压力大于12 MPa时,摩擦力随油液压力的变化率增加;低温工况下橡胶材料的玻璃化导致的O形圈拉力与摩擦力增大是其密封性能下降进而失效的主要因素,实际使用中必须予以考虑。     

基于ANSYS的聚氨酯蕾形密封圈有限元分析

利用ANSYS有限元软件建立液压支架立柱上使用的聚氨酯蕾形密封圈有限元模型,仿真分析不同工况下液压支架立柱导向套的密封性能,探讨压缩率和介质工作压力对蕾形圈密封性能的影响。结果表明：聚氨酯蕾形圈Von Mises最大应力出现在与导向套和活塞杆接触区域的中间部分,该区域最先出现裂纹而引起损坏失效;提高压缩率能改善密封性能,但过大的压缩率容易导致蕾形圈内应力过大而出现裂纹;工作压力对密封圈Von Mises应力的影响不大;工作介质压力增大聚氨酯蕾形圈接触压力也增大,且最大接触压力始终大于介质工作压力,能够保证液压支架立柱密封性能。     

发动机点火线圈密封垫密封性试验与计算研究

利用大型有限元仿真计算软件ABAQUS对某款发动机点火线圈密封垫的密封性能进行研究。详细阐述了点火线圈密封垫二维轴对称有限元模型的建立过程,对密封垫密封面处的接触压力、密封垫的Von.Mises应力与脱落力进行计算,仿真计算结果证明该密封垫满足密封性、强度与防脱性设计要求。对密封垫进行了静态面压试验,试验结果与仿真计算结果吻合较好,验证了有限元数值方法的合理性。探讨了密封垫高度压缩率、橡胶材料参数对最大接触压力与Von.Mises应力的影响。计算分析表明:密封垫的高度压缩率越大,密封效果越好;Von.Mises应力随着高度压缩率与橡胶材料硬度的增大而增大;橡胶材料硬度对密封垫的密封性影响较小。     

组合式弹性片金属密封环密封特性有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立组合式弹性片金属密封环有限元模型,分析密封环初始压缩量、工作压力等对密封环最大Von Mises应力、接触应力大小及接触部位压力分布的影响。研究表明:组合式弹性片金属密封在不受工作压力情况下,顶块与封严片之间并不是完全接触的,不能起到密封效果,但在工作条件下,在一定的预压缩量下其顶块与封严片之间完全接触,满足密封要求;适当增加预压缩量可以提高密封环密封性能,但同时其所受的最大Von Mises应力也增大,当最大Von Mises应力大于材料的屈服极限时密封环会失效。通过计算得到弹性片的安全工作夹角范围,为组合式弹性片金属密封环的设计、安装及使用提供依据。     

采用双弧面金属密封结构的新型环空排气阀性能研究

针对常规环空排气阀采用的橡胶密封易受高温、高压强腐蚀气体侵蚀而失效的难题,设计一种具有双弧面金属密封结构的新型环空排气阀。采用有限元方法,分析不同下入深度时新型环空排气阀金属密封的应力与接触压力分布以及密封接触宽度的变化。结果表明:该阀在下入深度小于等于600 m时,最大Mises应力大于壳体材料屈服强度,最大接触压力为壳体材料屈服强度的1～1.37倍,而密封接触宽度基本保持不变,能够实现金属密封。对新型环空排气阀进行了开启压力和密封压力实验,模拟数据与实验数据大致吻合,表明该阀在下入深度小于600 m,密封压力不大于45 MPa的条件下,具有良好的连通、密封上下环空的功能。     

O形密封圈密封性能非线性有限元数值模拟

利用ABAQUS软件建立海底采油设备用O形密封圈轴对称模型,对其在不同压缩率、不同油压时的Von Mi-ses应力及密封面接触压力分布规律进行探讨,确定O形密封圈材料易失效位置;分析压缩率和油压对O形密封圈最大Von Mises应力、最大接触压力及最大接触压与油压压差的影响。结果表明:O形密封圈最大Von Mises应力、密封面最大接触压力随压缩率和油压的增加而增加,且O形密封圈在中低高压下的密封能力高于超高下的密封能力,为海底采油设备用O形密封圈的结构设计及选型提供相关参考。     

密封结构对橡胶密封圈压缩率的有限元分析

利用有限元分析软件AWE,针对不同的板厚和螺栓连接间距建立了密封结构的有限元模型,分别分析计算了最大Von Mises应力和最大变形,从而折算为对橡胶密封圈压缩率的影响。该分析结果经过淋雨试验验证可行,为密封结构的设计、合理安装和使用提供了理论依据。     

沟槽形状对O形橡胶密封圈密封性能的影响

为了研究沟槽形状对O形橡胶密封圈密封性能的影响,利用有限元分析软件ANSYS对装配在燕尾沟槽中的O形橡胶密封圈进行建模,分析其在不同压缩率和介质压力下的变形与受力情况,获得对应的最大Von Mises应力、最大剪切应力、最大接触压力的分布情况,并与矩形槽的情况进行对比。结果表明:在不同压缩率和不同介质压力时,O形密封圈与燕尾沟槽配合使用时的最大Von Mises应力、最大接触压力均大于与矩形槽配合使用时,特别是在介质压力较高时,说明与燕尾沟槽配合使用时O形密封圈密封效果更好。     

真空环境下C形密封圈力学性能和泄漏率的有限元分析

利用大型非线性有限元软件Marc建立了C形密封圈(简称C形圈)三维有限元模型,用单轴拉伸试验确定了C形圈材料聚四氟乙烯的参数。介绍了C形圈密封机理以及泄漏通道的形成机理。重点分析了介质压力对C形圈主材料聚四氟乙烯的最大Von Mises应力的影响以及C形圈压缩率和介质压力对C形圈主材料聚四氟乙烯接触应力的影响。同时,利用罗思·A密封理论分析了C形圈压缩率以及密封件表面粗糙度对C形圈泄漏率的影响。研究表明:当介质压力增大时,C形圈聚四氟乙烯部分的最大Von Mises应力整体是增大的;随着C形圈压缩率和介质压力的增大,C形圈聚四氟乙烯部分的接触应力也在增大;C形圈的泄漏率随着压缩率的增加而减小,随着密封件表面粗糙度的增大而增大。     

Kalsi密封流体动压波形结构研究

Kalsi密封依靠其流体动压波形边在轴旋转时产生流体动压润滑油膜。对标准Kalsi密封的规则正弦波波形边进行理论分析,发现通过增加波数和波幅可以促进流体动压润滑作用。借助Pro/E软件建立三维Kalsi密封模型,并在ABAQUS有限元软件中进行不同波数、波幅、内径时密封的Von Mises应力及接触应力分析。结果表明:波数、波幅对密封圈的Von Mises应力影响很小,而对接触应力影响较大;不同波数时,接触应力呈对称分布,且波数越多接触应力越大;不同波幅时接触应力分布比较一致,且波幅越小,接触应力曲线越平缓;而Kalsi密封圈内径对密封圈的Von Mi-ses应力和接触应力的影响与不同波数时的结论相似。     

砼密封体摩擦过程的热固耦合非线性分析

利用有限元分析软件ABAQUS,建立砼密封体热固耦合数值模型.分析混凝土压力、密封体与输送缸摩擦系数对密封体Von Mises应力、摩擦应力及温度的影响.分析结果表明:密封体与输送缸的接触位置的Von Mises应力、温度和摩擦应力最大,因而最易失效,这与密封体实际损坏位置一致;接触对的摩擦因数是导致温度和摩擦应力增加的重要因素,可通过改善润滑效果来降低接触对温度,从而提高密封体的使用寿命.