真空环境中O形密封圈泄漏分析

使用ABAQUS有限元分析软件建立了O形密封圈的二维轴对称模型,重点研究了压缩率与介质压力对O形圈接触应力、接触长度的影响,结果表明:O形密封圈的接触应力大小与接触宽度随着压缩率和介质压力的增大而增大。除此之外,通过应用Roth.A真空泄漏理论分析了压缩率、表面粗糙度、温度对O形密封圈密封性能的影响,结果表明:O形密封圈的泄漏率随着压缩率的增大而减小,随着表面粗糙度和温度的增大而增大,为了保证O形圈的密封性能,应当适当提高压缩率与密封表面的加工精度。     

SRM长期贮存下橡胶O形圈泄漏分析

使用ABAQUS有限元软件对贮存条件下固体火箭发动机（SRM）橡胶O形密封圈的力学状态和变形情况进行数值模拟分析。通过分析SRM密封结构的泄漏机制,在基于Roth密封理论建立的分子流泄漏模型中引入橡胶老化模型,建立长期贮存条件下橡胶O形圈的泄漏率模型,研究贮存时间、压缩率和法兰表面粗糙度对SRM长期贮存下橡胶O形圈泄漏率的影响。结果表明：SRM在贮存条件下橡胶O形圈的应力呈哑铃状对称分布,在橡胶圈和法兰的上下接触面附近、沟槽右侧壁易出现应力集中;SRM橡胶密封圈的泄漏率随贮存时间的增长而增大,初始泄漏率随时间推移增长较快,但最终趋于稳定;压缩率的增大有利于降低SRM密封结构的泄漏率;在相同的贮存时间内,法兰表面粗糙度越大,橡胶圈的泄漏率越大。     

固体火箭发动机长期贮存下橡胶O形圈泄漏分析

使用ABAQUS有限元软件对贮存条件下固体火箭发动机(SRM)橡胶O形密封圈的力学状态和变形情况进行数值模拟分析。通过分析SRM密封结构的泄漏机制,在基于Roth密封理论建立的分子流泄漏模型中引入橡胶老化模型,建立长期贮存条件下橡胶O形圈的泄漏率模型,研究贮存时间、压缩率和法兰表面粗糙度对SRM长期贮存下橡胶O形圈泄漏率的影响。结果表明:SRM在贮存条件下橡胶O形圈的应力呈哑铃状对称分布,在橡胶圈和法兰的上下接触面附近、沟槽右侧壁易出现应力集中;SRM橡胶密封圈的泄漏率随贮存时间的增长而增大,初始泄漏率随时间推移增长较快,但最终趋于稳定;压缩率的增大有利于降低SRM密封结构的泄漏率;在相同的贮存时间内,法兰表面粗糙度越大,橡胶圈的泄漏率越大。     

基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究

橡胶O形圈在高温受压的环境下易发生老化并产生泄漏,而最大接触压力和永久压缩变形不足以判定密封系统的密封性能。为了更加精准研究橡胶O形圈在高温受压情况下的老化对密封性能的影响,通过实验获取橡胶O形圈老化后的泄漏率和性能数据,构建有限元仿真模型,获取不同老化时间下的密封面接触压力,结合流固耦合模型计算出理论泄漏率。通过对比不同老化时间后的橡胶O形圈的实验泄漏率和密封面接触压力评估其密封性能。对比数值模型得到的结果和实验结果,发现理论模型与实际情况一致性较好,验证了该理论模型可为橡胶O形圈的老化行为分析、预测提供指导。     

基于泄漏通道的可调距桨桨毂密封性能分析与实验研究

可调距桨在服役时,桨毂密封是通过O形密封圈实现,研究桨毂密封可控泄漏对于指导装配工艺设计和延长服役寿命非常重要。基于O形密封微观接触和泄漏通道模型,推导泄漏率公式,利用ABAQUS软件对可调距桨桨毂密封进行三维有限元仿真,分析不同参数对桨毂密封性能的影响规律,并给出相应工艺设计指导,并基于改进复合灰色关联度对参数影响程度进行排序。结果表明:粗糙度、压缩率、橡胶硬度和介质压力对密封性能均有影响,泄漏率随粗糙度的增加瞬间增大,随压缩率的增大而减小,随硬度的增大而增大,随介质压力的增加先增后减;硬度对最大Von Mises应力和接触压力影响最大,其次是压缩率,而介质压力对密封泄漏率的影响最大,粗糙度次之。通过实验验证模型和仿真结果的准确性,为可调距桨桨毂密封设计和安装提供了支撑。     

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。     

双三角滑环式组合密封的密封性能分析

针对新型井下排水泵驱动气缸活塞中使用的双三角滑环式密封圈,建立其二维轴对称与三维实体有限元模型。采用二维轴对称模型分析滑环的最小厚度、圆弧半径、宽度与O形圈预压缩量等几何参数和介质压力、往复运动速度、环境温度等工作参数对其静密封和往复动密封性能的影响。采用三维实体模型分析环向接触应力分布和活塞径向偏心对密封性能的影响。结果表明:在静密封中,除滑环宽度外的几何参数会对主密封面的接触应力大小和分布产生较大影响;介质压力增加时,密封圈具有较好的自封性;环境温度的增加会降低最大接触应力与O形圈的最大Mises应力;在动密封中,最大接触应力随时间呈波动变化,介质压力、运动速度与环境温度在一定范围内会影响其密封性能;当活塞处于径向偏心运动状态时,密封性能会随着偏心量的增大而明显降低,故应采取措施尽量提高活塞在气缸中的同轴度。     

基于复合泄漏通道模型的O型圈密封泄漏率计算方法研究

O型圈密封作为机械结构中最常见的密封形式之一，实现其密封泄漏率的准确定量计算进而保障其密封性能，对机械产品和装备整体的安全性、可靠性和环境保护性等具有重要意义。现有的O型圈泄漏率计算方法难以在计算准确度与模型复杂度间达到很好的平衡。针对这一问题，提出了一种基于复合泄漏通道模型的O型圈泄漏率计算方法。复合泄漏通道模型通过对粗糙表面轮廓三角峰均一化排列，将O型圈与粗糙表面间的泄漏通道定义为三角形通道和梯形通道两种典型形式。相比现有方法通过单一几何体对泄漏通道建模，复合泄漏通道模型引入粗糙表面三角峰统计参数对泄漏通道进行表征，充分反映了表面形貌特征对通道形式与泄漏率的影响。局部密封单元的泄漏仿真实验表明，复合泄漏通道模型相比经典的Roth模型具有更好的计算准确性。将该方法应用于一种典型的O型圈密封结构，设计并实施了泄漏率测量实验，实验结果表明不同O型圈压缩率下泄漏率计算结果的平均相对误差不超过15%，验证了提出的方法在实际应用场景下的有效性。     

某型号飞机伺服作动器中O形圈的有限元分析

建立某飞机作动器橡胶O形圈的二维轴对称模型,借助于大型有限元软件ANSYS,分析油压、内径拉伸率、压缩率和O形圈两侧油压差对O形圈密封性能的影响。结果表明:O形圈最大接触应力随着内径拉伸率的增大而减小,随着压缩率的增大而增大;最大Von Mises应力大小是由油压差决定的,最大接触应力是由O形圈的内侧应力决定的。     

金属垫片密封泄漏模型试验研究

建立了气体通过金属垫片的泄漏模型.对常温下金属平垫片密封性能进行了试验研究,研究了压紧应力、介质压力和表面形貌对密封性能的影响.试验表明,泄漏率随分形维数、压紧应力和尺度系数的变化规律与理论模型的描述基本一致,泄漏率的理论计算值与试验结果吻合较好,表明建立的金属垫片泄漏模型是合理的.建立的泄漏率计算公式将泄漏率、压紧应力、介质压力和密封表面分形参数联系在一起,因而使以最大允许泄漏率为准则的金属垫片密封连接设计以及紧密性评价成为可能.     

应力松弛条件下O形圈的密封性能研究

为了研究O形圈的应力松弛规律及其在应力松弛条件下的密封性能,通过O形圈应力松弛试验,得到其轴向载荷衰减规律,将这些载荷值导入ANSYS中计算出O形圈的接触压力,并利用逾渗理论计算出O形圈密封面的泄漏率。研究结果表明:应力松弛条件下,O形圈上的轴向载荷随时间缓慢下降,初始压力越大轴向载荷衰减得越快,总体来看O形圈上的轴向载荷随时间遵循F_z=Aexp(-t/B)+C的衰减规律;施加的载荷越大O形圈与其接触面各点的接触压力越大,且不同载荷下O形圈与其接触面各点的接触压力均大于介质压力;应力松弛条件下O形圈密封面的泄漏率极小。试验、仿真计算及理论分析均表明,O形圈在应力松弛条件下具有良好的密封性能,证明了O形圈作为静密封的可靠性。     

基于流固热多场耦合的高速旋转唇形密封性能研究

针对一种橡胶材料高速旋转唇形密封,结合其自身结构及应用工况,通过方程离散化计算等方法,建立定量分析密封系统密封性能的数值仿真模型。基于所建立的模型对密封实际服役状态下界面流体力学、宏观固体力学、表面粗糙峰微观接触力学、唇口摩擦生热等多物理过程之间的耦合关系进行分析,借助实验验证并完善数值仿真模型的准确性。通过所建立的数值仿真分析模型研究油封唇口接触压力分布、唇口温度、摩擦力矩及泄漏率等衡量密封性能的关键参数随转速的变化规律。结果表明：在高转速条件下考虑摩擦生热时油封径向力减小,接触宽度增加,摩擦力矩减小,说明摩擦热对油封密封性能产生较大影响。     

多唇往复滑环式组合密封数值模拟与分析

构建一种适用于多唇往复滑环式组合密封的数值模型,数值模型中包含固体力学分析、流体力学分析、接触力学分析、流固耦合分析。以含有3段密封唇的PS封为例,基于数值模型求解得到密封面油膜厚度分布、油膜压力分布、粗糙峰接触压力分布,以及内外行程的流量和密封界面的摩擦力。该数值计算方法解决了多唇密封中边界条件难确定的问题,通过迭代计算可得到稳态运行时各密封唇的边界条件。明确多唇PS封的密封机制,分析不同往复速度对密封性能的影响。结果表明：多唇PS封内外行程中各唇边界条件差异较大,外行程中,两唇之间的空隙处存在一定压力,内行程中空隙压力为0;外行程的密封面接触压力要小于内行程;增大往复速度会使多唇PS封净泄漏增加,摩擦力减小。     

水下柔性连接器的O形圈球面密封性能分析

水下柔性连接器可解决水下油气管道在连接时因管道角度偏离而无法成功对接的问题。水下连接器的密封结构以球面上的O形圈为主，为了验证连接器密封结构在水下的密封性能，通过对O形圈材料本构方程的计算分析，得到O形圈橡胶材料的重要材料参数；从von Mises应力、接触压力、不同接触面的接触宽度等方面，分析不同介质压力对O形圈密封性能的影响。结果表明：水下柔性连接器密封结构在不同工作状态下均能够保持良好的密封性能，且介质压力越大，O形圈与球形结构上的密封槽之间的接触应力就越大，连接器密封性能有所提升。通过压力试验验证了O形圈球形结构应用在水下是可靠的。     

给水泵油封装置O形密封圈的有限元非线性分析

为解决给水泵油封装置中O形圈因密封失效而引起泄漏的问题，利用有限元法对密封圈的大变形、超弹性进行非线性接触分析。首先建立密封圈与转动环沟槽之间的轴对称模型，分析O形圈在不同压缩率、不同轴向压力下的应力分布规律，进而对油封装置结构改进，最后利用试验台位测试油封的密封性能。结果表明： O形密封圈压缩率越大主接触面峰值应力越大，侧接触面应力基本不变；密封圈轴向压力的增加，接触应力也急剧上升，侧面接触应变较大，但工况内无胶料“挤出”发生；改进后双密封O形圈动环结构密封可靠性、安全性更高，在不同工况下进行密封性能试验，油封装置无泄漏，为油封密封圈选型以及避免给水泵实际运行中出现“滴、漏”现象具有一定的指导意义。     

基于ANSYS的O形圈活动量对密封性能影响探究

以某飞机某部位作动筒渗漏和密封圈扭转断裂的故障为切入点,利用有限元分析软件ANSYS建立O形橡胶密封圈(简称O形圈)的二维轴对称模型,对装配阶段和静压阶段下不同配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度、圆柱度和偏载对密封性能的影响进行分析。结果表明：在一定范围内,配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度对密封性能影响较大,而圆柱度和偏载对密封性能影响较小;在允许的范围内,较小的配合间隙、合适的沟槽深度和宽度能够得到优异的密封性能。该作动筒的O形圈发生渗漏和扭转断裂的原因为密封槽宽度偏大,综合考虑,对密封槽宽度进行改进能够有效提升O形圈的密封性能。     

燃料电池仿生密封结构的设计与仿真

针对目前质子交换膜燃料电池密封不严导致的电化学性能低和泄漏等问题,从仿生学角度出发,以自然界的鲨鱼牙齿和扇贝壳作为仿生原型,对燃料电池的密封双极板结构进行仿生结构设计,提出4种仿生密封双极板结构,并建立密封双极板的接触力学模型,最后在有限元分析软件ABAQUS和ANSYS Fluent中开展仿生密封双极板与常规密封双极板的仿真对比试验。结果表明：仿生密封双极板接触面上的应力更大,两接触面的结合更加紧密;仿生密封双极板一凸一凹的镶嵌结合方式,减小了泄漏通道的有效高度,增大了泄漏阻力,可有效防止泄漏的发生;仿生密封双极板具有流固耦合密封效应,在双极板之间存在多个阻断面和空腔,可对流体造成明显的压差损失,能有效避免流体的泄漏。     

宽温度域工况下汽车水泵O形密封圈的密封性研究

针对汽车发动机水泵O形橡胶密封圈宽温度域的工况特点,构建其与温度相关的Mooney-Rivlin材料模型,探讨冷却液温度、压力、摩擦因数等对O形密封圈接触压力、等效应力以及密封性的影响。研究表明：温度的升高将引起接触压力及等效应力的峰值呈幂指数减小,导致密封可靠性降低,但在宽温度域（-40~130℃）工况下,接触压力的峰值始终远大于液体压力,因此该密封圈具有可靠的密封性;液体压力的增大虽然会引起接触压力峰值增大,但其增大的速度比液体压力增大的速度小,因此将引起密封可靠性下降;摩擦因数对密封可靠性的影响不大。