充气式柔性密封的非线性有限元分析

从V形橡胶密封圈结构特点和密封可靠性出发,考虑结构的材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了充气式柔性密封的轴对称有限元模型,对其充气密封机制进行了分析,得到了密封面法向接触应力的分布规律;讨论了不同的充气压力和密封介质压力对法向接触应力的影响.结果表明,实现有效密封的关键是使法向接触应力高于密封介质压力,而法向接触应力的大小随充气压力的增大而增大;密封介质压力的存在使得接近密封介质一侧的接触压力减小,进而密封面的长度减小,影响密封效果;最大von Mises应力主要集中于与刚性件尖角接触处以及内壁的圆弧面上,且随充气压力的增大而增大;合理的密封结构和充气压力可保证密封的效果和可靠性,同时也可延长橡胶密封圈的使用寿命;利用有限元软件ANSYS进行充气式柔性密封圈结构设计和优化是可行的.     

变速箱双层套环式组合密封结构有限元分析

利用ABAQUS建立变速箱双层套环式组合密封结构的二维轴对称模型,分析了密封圈的压缩量、介质压力对双层套环式组合密封结构的接触应力、变形、Von Mises应力分布的影响。结果表明:随着压缩量的增加,组合密封结构的变形及接触应力增大,V形橡胶圈的受力减小;随着介质压力的增加,组合密封结构的变形、接触应力及V形橡胶圈的受力增大,因此,在较大介质压力条件下,应适当增加压缩量;适当改变双层套环的尺寸,可以使V形橡胶圈受力减小,且齿形套环不易磨损,使用寿命延长。     

齿形滑环式组合密封的有限元分析

利用ANSYS建立齿形滑环式组合密封的二维轴对称模型,分析压缩量、介质压力及齿形滑环结构对组合密封的接触应力、变形、Yon Mises应力及剪应力的影响.结果表明:随着压缩量的增加,组合密封的变形及接触应力增大,O形圈的受力减小;随着介质压力的增加,组合密封的变形、接触应力及O形圈的受力增大,因此,在较大介质压力条件下,应适当增加压缩量;适当改变齿形滑环的尺寸,可以使得O形圈受力减小,且齿形滑环不易磨损,使用寿命延长.     

基于有限元的双道金属O形环压紧力分析*

双道金属O形环是反应堆压力容器常用的密封结构。为研究在双道密封下金属O形环所需最小压紧力的计算公式,利用ANSYS有限元软件,建立金属O形环二维轴对称模型,求出在相同压缩率下单道与双道密封压紧力值。建立双道密封压紧力计算的修正公式,通过比较双道密封压紧力有限元值和理论值,得出双道密封的修正系数。结果表明：密封环中心圆直径一定,在相同压缩率下,单道密封环所受压紧力要小于双道的第一道密封环压紧力。当第一道密封修正系数取1.021,第二道密封修正系数取1.028时,修正公式计算的最小压紧力值与有限元计算值吻合。     

径向弹簧蓄能密封结构最大接触应力的有限元分析

为研究径向弹簧蓄能密封结构的密封特性，针对典型径向弹簧蓄能密封结构，分析其密封机制以及O形弯曲金属螺旋弹簧的弹性特性；采用ANSYS有限元分析软件，建立典型弹簧蓄能密封结构的非线性有限元分析模型，对弹簧蓄能密封圈在不同压缩率、不同介质压力下的接触应力进行分析，研究在多种工况下最大接触应力的变化情况。结果表明：压缩率保持不变时，最大接触应力随着介质压力的增大而增大；介质压力保持不变时，随着压缩率的增大，最大接触应力先增大再减小。对压缩率、介质压力与最大接触应力的关系进行曲线拟合，可用于指导弹簧蓄能密封结构的精确设计。     

基于正交试验的纯水液压缸鼓形密封结构改进

为提高纯水介质下液压缸活塞用鼓形密封的性能,以ZY10000-20-40DB型掩护式液压支架的活塞密封为研究对象,利用Ansys有限元软件建立鼓形密封结构二维轴对称模型,通过正交试验的方法,分析活塞内外行程情况下,不同密封沟槽结构参数和密封圈结构参数的鼓形密封的密封性能以及破损特性,并对鼓形密封结构进行优化。结果表明：相比于密封圈结构参数,密封沟槽结构参数对密封性能的影响较小,沟槽内倒角的尺寸变化对密封性能没有影响;密封圈边长尺寸过大或过小都会引起应力的集中;最大von Mises应力和接触应力都随着密封圈外凸圆弧半径的增大而增大,随着密封圈内凹圆弧半径的增大而减小。优化后的鼓形密封的最大接触应力增大18%～20%,密封性能显著提升。     

大尺寸O形丁腈橡胶圈动密封性能测试分析

为研究大尺寸O形橡胶密封圈端面动密封性能,研制适应于大尺寸O形橡胶圈的动密封性能测试平台,测试水介质条件下绝对压力在15～600 kPa范围内O形橡胶密封圈端面动密封性能.基于正交试验设计,研究不同介质压力、压缩量(0.75～1.25 mm)和转速(5～50 r/min)下内径600 mm(截面直径10 mm)的丁腈橡...     

充气式自密封气囊结构的非线性有限元分析

基于非线性有限元理论,建立充气式自密封气囊密封的平面应变有限元模型,分析充气式自密封气囊结构的密封性能。在有限元商业软件中利用二次开发实现充气压力自适应加载,对气囊充气密封机制进行分析,得到密封接触面接触应力和剪应力的分布规律;讨论充气压力、初始压缩量、肋筋倒角对密封面接触应力、接触面积和剪切应力的影响。结果表明,充气压力和肋筋倒角对接触应力影响较大,而初始压缩量对最大剪切应力影响比较明显。     

板式热交换器橡胶垫片非线性接触密封性能有限元分析

利用Ansys软件对板式热交换器橡胶垫片的力学特性进行有限元分析,通过对板片槽截面形状、橡胶垫片截面形状和厚度以及摩擦系数与介质压力载荷对密封性能的影响分析,得出橡胶垫片的Mises等效应力和接触应力随着介质工作压力升高而增大,适当增大摩擦系数能提高橡胶垫片接触应力和Mises等效应力,为橡胶垫片的结构设计提供相关参考。     

基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析

考虑密封面有效接触长度对密封性能的影响,以密封接触强度为评价指标,采用有限元方法分析水下井口连接器VX钢圈在不同预紧力、工质载荷和结构参数下的密封特性,并与以单一密封面接触应力为评价指标的密封特性分析结果进行对比。结果表明:预紧力是影响密封性能的重要因素,在保证连接器锁紧结构安全性的同时,要尽量提高安装预紧力;与接触应力相比,密封接触强度能够更好地模拟VX钢圈密封性能随预紧力、工质压力和结构参数变化的趋势。因此,在连接器VX钢圈密封特性分析过程中,应该优先选择密封接触强度作为密封性能评价指标。     

阀门密封结构中超弹性接触问题的有限元分析

针对超弹性密封材料的特点，采用增强的拉格朗日接触算法，对阀门密封结构中的M形橡胶圈进行了非线性有限元分析，给出不同位移压缩下密封界面上的接触压应力以评价密封性能，并对影响密封性能的密封基座的工艺因素进行了讨论，为阀门密封件的设计、优化提供理论依据。提出了超弹性接触类问题的有限元求解法，包括模型的简化、橡胶材料参数的确定以及如何选用合适的接触算法。     

O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析

利用ANSYS建立了液压系统中液压缸用O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析计算了O形密封圈缸筒和轴套的间隙、密封轴套槽口倒角半径、O形密封圈的截面尺寸、橡胶材料参数、初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。结果表明:O形密封圈缸筒和轴套的间隙对剪切应力的影响很大;轴套沟槽宽度、O形密封圈的截面尺寸和橡胶材料参数对密封面最大接触压力的影响很大;初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都很大;对于本文分析的结构,在其它条件不变的情况下密封轴套槽口倒角半径对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都不大;分析结果验证了长期使用的经验设计。     

核电用弹簧式平行双闸板闸阀低压工况适用性分析

阐述了弹簧式平行双闸板闸阀(即V型闸阀)的结构特点及密封原理,并以DN150低压V型闸阀为例,选取5个压力点,分别从理论计算和软件分析角度得出不同压力时密封面上的总作用力,从而计算出密封面的实际比压,再与必须比压进行比较,对不同压力时阀门的密封面比压情况进行分析,再根据分析结果阐述弹簧式平行双闸板闸阀针对低压工况的适用性,为阀门结构选型提供参考依据。     

考虑蠕变特性的橡胶微凸体与金属表面接触特性分析

金属-橡胶接触广泛存在于密封结构中,密封接触表面上微凸体间的相互作用会直接影响整个密封界面的接触特性,进而影响其密封性能。基于粗糙密封界面的单个微凸体,考虑橡胶的蠕变特性,采用理论分析和仿真研究相结合的方式研究橡胶微凸体与金属表面的接触特性。通过橡胶蠕变特性的实验结果,构建橡胶蠕变计算模型;构建半球微凸体与金属平板间的有限元模型,进行考虑蠕变特性的仿真,分析其接触特性,并与Hertz接触理论的计算值进行对比。结果表明：在蠕变阶段,接触半径、法向变形量和最大等效蠕变应变均随蠕变时间的增加而增大,最大接触压力随蠕变时间增大而减小,这均可能导致密封性能的下降;随压力载荷的增大,接触半径、法向变形量、最大接触压力和最大等效蠕变应变均增大,但增大的趋势逐渐减小;橡胶微凸体与金属表面间的等效模量随蠕变时间的增加而减小,随压力载荷增大而增大。     

潜水器大型舱段三角密封性能有限元分析

以某潜水器大型舱段连接处使用的三角密封结构为研究对象,建立O形圈与三角形沟槽接触的非线性有限元分析模型,仿真分析三角密封结构的橡胶材料硬度、O形圈内径、沟槽倒角尺寸、沟槽圆角尺寸对密封性能的影响规律。结果表明：橡胶材料硬度、沟槽倒角尺寸对密封性能影响较大,O形圈内径与沟槽圆角尺寸对密封性能影响较小;随着橡胶材料硬度的增加,O形圈密封能力增强,但在相同液体压力条件下,橡胶材料硬度越大O形圈应力越高,增大了O形圈被破坏的可能性,因此,在保证密封性能的前提下,要尽可能选取硬度小的O形圈;随着沟槽倒角尺寸的增加,O形圈的密封性能不断下降,同时应力水平也逐渐降低,因此,设计沟槽倒角尺寸时,在保证密封性能的前提下,要尽可能选取大的倒角尺寸。     

超低温蝶阀密封机构的有限元分析

分析了双偏心超低温金属-非金属密封副蝶阀在低温下的应力状态,阀座密封宽度对密封副的结构应力和密封性能均有很大的影响。随着密封宽度的增大,密封副所受接触应力增大,有助于提高其密封性能,但随之也带来了摩擦应力的增大,使密封圈的使用寿命降低。因此,在密封副设计时,应综合考虑这两个因素的影响来优化结构参数。     

弹性单向阀阀芯设计与密封分析

非金属阀芯具有安全稳定、生物相容性好的优势,为了拓展非金属弹性阀芯在医用射流中的应用,设计双突起结构的聚氨酯材料的单向阀阀芯结构代替金属阀芯和弹簧,从而实现对流体介质的控制。基于弹性材料的非线性力学响应,利用Ansys Workbench进行不同预压缩量下的计算分析。结果表明:设计的非金属单向阀阀芯预压缩量为0. 1 mm时阀芯密封效果最佳;针对弹性阀芯,最大等效应力出现的位置与最大形变位置存在一定差异,设计过程中应当分别考虑。流体和弹性材料相互作用过程中流场的变化和阀芯的关键承载部位,内环突起的尺寸、加工质量和材料性能将决定弹性阀芯的动密封性能。     

双浮动端面密封关键参数对密封性能的影响

针对双浮动端面密封的结构,建立密封二维轴对称非线性接触模型,提取浮动密封环谷半径和锥面角两个关键参数,利用有限元方法计算并分析这两个参数和橡胶O形圈压缩率对密封性能的影响。结果表明：随着浮动环谷半径和锥面角的增大,O形圈von Mises应力、接触压力、密封端面相对变形及轴向力相应增大;锥面角对以上性能参数的影响随着谷半径的增大而显著增加;轴向力同O形圈压缩率成正比,且增幅随着压缩率的增大而增大;浮动环端面产生由内径向外径处呈发散型的变形。通过设计浮动密封轴向力测量装置,实验验证有限元计算模型具有较好的可靠性。     

采油树平板闸阀柔性密封圈结构优化设计

为了提高采油树平板闸阀密封圈的密封性能,在泛塞封的基础上,设计一种密封圈本体唇边开有锯齿状凸起的新型柔性密封结构;运用有限元分析方法模拟密封圈的工作状况,分析柔性密封结构特性参数对密封圈密封性能的影响,获得不同柔性密封圈结构参数下密封面间接触应力分布规律,并对新型密封结构进行优化。结果表明:密封面间最大接触应力随唇边锯齿数量、唇边夹角度数的增大而增大,随唇谷夹角度数的增大而减小;新型密封结构选择锯齿数量为3、唇边夹角为20°、唇谷夹角为30°的特性参数时,其最大接触应力比常规Y形密封圈提高了15倍;新型柔性密封结构的密封圈与阀杆、阀盖壁面间接触应力比常规Y形密封圈有显著提高,提高了密封圈的密封性能。