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。     

格莱圈动密封性能分析及密封参数优化*

针对伺服液压缸活塞中使用的格莱圈组合密封形式,利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立其二维轴对称有限元模型,研究格莱圈在不同密封参数(O形圈预压缩率、矩形滑环的厚度、O形圈的材料硬度)下对其动密封性能的影响。结果表明:在矩形滑环的中间区域,主密封面上最大接触压力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增加而增大,随着矩形滑环厚度的增加而减小;启动摩擦力随着O形圈预压缩率和O形圈材料硬度的增大而增大,随着矩形滑环厚度的增大而减小。基于响应曲面法,以最大接触压力和最小启动摩擦力为优化目标,对格莱圈的密封参数进行优化设计。优化后最大接触压力增大,启动摩擦力减少,提高了格莱圈的密封性能。     

深海液压系统X形橡胶圈密封性能分析

利用ANSYS软件建立深海环境下工作的液压系统的X形圈密封结构的二维轴对称模型,计算X形圈在不同密封状态下的应力分布,分析压缩率、密封压力、摩擦因数等因素对其密封性能和相关应力的影响。结果表明:应力随压缩率、密封压力、摩擦因数的增大而增大;静态密封时,X形圈内侧与密封槽会形成密闭空腔,不适合应用于深海环境;承载密封时,密封压力对接触应力、等效应力、剪切应力的影响依次减小;滑动密封时,摩擦应力逐渐趋于稳定,且密封压力和摩擦因数对摩擦应力影响较大。     

D形橡胶密封圈的有限元分析及改进

采用ABAQUS软件分析介质压力、预压缩率对D形橡胶密封圈的变形、接触应力、米塞斯应力和剪切应力的影响,并和近似尺寸的O形圈进行对比。通过分析发现:相比于O形圈,D形圈内部米塞斯应力作用范围更小,而其接触面宽度更大;不同介质压力下D形圈能获得更好的密封性能,但压力较低时其寿命将小于O形圈;在较小预压缩率下D形圈更易获得良好的密封效果,且寿命也更长;高预压缩率下D形圈仍能获得更好的密封效果,但更容易出现老化;在圆弧与矩形连接处添加圆角凸台,结构优化后可有效降低D形圈内部的米塞斯应力以及剪切应力,使其具有更长的使用寿命。     

重卡轮毂轴承刚-柔组合密封结构设计及优化

针对某重卡轮毂轴承早期失效的问题,设计一种具有刚-柔组合密封槽的密封单元;采用半简化有限元法,建立密封单元的有限元模型,分析密封圈的压缩率、硬度和密封槽尺寸对接触应力和等效应力的影响;利用VB语言编写有限元分析的接口程序,以接触应力和等效应力为密封性能的评价指标,对关键影响因素进行优化。〖JP2〗结果表明：随压缩率和材料硬度的增大,最大接触应力和等效应力均增大,随密封槽尺寸的增加等效应力减小,而最大接触应力先减小后增大;O形圈的压缩率对密封性能的影响最大,其次为材料硬度、密封槽尺寸。给出密封单元关键因素的取值范围：初始压缩率15%~20%,O形圈材料邵氏硬度75~80,密封槽尺寸1.6~1.7 mm,并通过动态注油试验进行验证。     

O形圈动密封特性的有限元分析

利用软件ABAQUS建立了O形圈的轴对称有限元模型,分析了其在往复动密封中的密封性能,并对其不同工况下的力学性能进行了研究。结果表明:往复动密封中,O形圈主密封面最大接触应力与Von Mises应力的作用位置随运动方向的变化而改变,且大小随时间呈波动变化;速度小于0.25 m/s时,速度对摩擦力与剪切应力几乎无影响;随着摩擦系数、介质压力的增大,摩擦力与剪切应力对速度的敏感性变高;介质压力与摩擦系数对摩擦力与剪切应力影响较大,剪切应力与摩擦力呈同步变化;密封外行程Von Mises应力与剪切应力均大于内行程,更易引起疲劳与剪切破坏;预压缩率增加到一定值时,O形圈在动密封中所受的摩擦力急剧上升,动密封中预压缩率不宜过大。     

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。     

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。     

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。     

基于有限元的电液舵机O形圈密封多参数耦合优化

某型号弹载电液舵机采用O形圈密封,其工作可靠性和使用寿命与O形圈密封性能密切相关。为了探究压缩率、槽口圆角和密封间隙在耦合条件下对其密封性能的影响,建立了二维有限元模型,施加了流体压力载荷,研究了压缩量、槽口圆角和密封间隙等参数对O形圈在承载时的等效应力和接触应力的影响,为密封结构的优化提供了理论依据。     

机械振打器活塞杆处O形圈不同密封结构下的性能分析

依据机械振打器实际工况,建立了机械振打器活塞杆处O形圈安装于矩形沟槽和V形沟槽内的有限元分析模型,分析了不同密封结构下O形圈接触应力、剪切应力及位移矢量与密封流体压力之间的关系。结果表明:V形沟槽适用于密封介质压力不大的情况;在流体压力较大时,矩形及V形沟槽形式的O形圈密封结构均满足密封要求,但V形沟槽内O形圈更易损坏,因此机械振打器活塞杆处O形圈密封结构选择矩形沟槽较好。     

泥水盾构机密封用O形圈静态接触应力分析

利用ANSYS软件对泥水盾构机密封用O形圈进行建模,分析静态接触下接触应力与压缩率、流体压力、摩擦因数、硬度之间的变化规律,并拟合接触应力与压缩率和流体压力之间的函数关系。结果表明:随着硬度、压缩率、流体压力和摩擦因数的增大,主接触应力、Von-Mises应力和剪切应力均增大,其中摩擦因数整体上对O形圈应力影响很小;O形圈硬度越大,应力随压缩率的变化率越大;当O形圈承受较小流体压力时,应选用硬度较小的O形圈,使得Von-Mises应力、剪切应力均较小,O形圈产生裂纹、剪切失效的概率减小;当O形圈承受较大流体压力时,应选用硬度大的O形圈,以保证产生的主接触应力大于流体压力。接触应力与压缩率和流体压力之间满足正比例的关系,通过接触应力与压缩率和流体压力关系的拟合式,可计算得到不同流体压力下O形圈的合适压缩率。     

超高液压下O形橡胶密封圈的有限元分析

利用ABAQUS软件对O形橡胶密封圈在超高液压下的应力和接触压力进行了有限元分析,探讨了不同压力下O形橡胶密封圈的VonMises应力和接触压力的变化规律,分析了压缩率及密封间隙对最大VonMises应力与最大接触压力的影响。结果表明在超高液压下,O形圈VonMises应力主要集中在液压缸与活塞杆的密封间隙区域,且最大VonMises应力随着密封间隙的增加而显著上升;压缩率对初始应力和接触应力影响较大,适当提高压缩率能够提供密封的可靠性,O形圈最大接触应力随着油压的增加呈近似线性变化。     

有缆智能配水器O形圈密封模拟研究

为研究有缆智能配水器密封用O形圈在高温高压工况条件下各密封参数的变化规律，利用ABAQUS有限元仿真软件，分析不同摩擦系数、沟槽倒角、沟槽底圆、压缩率、密封间隙对O形圈有效应力的影响规律。采用正交试验对五种密封参数作用下的O形圈最大有效应力进行极差分析。结果表明：O形圈最大有效应力随摩擦系数、密封间隙增大而增大，随沟槽倒角、压缩率增大而先减小后增大，随沟槽底圆增大而呈现波动现象且波动范围很小；影响O形圈最大有效应力的主要因素从大到小依次为摩擦系数、密封间隙、沟槽倒角、压缩率和沟槽底圆。采用优化密封参数后的有缆智能配水器目前已成功应用90余井次，密封效果良好，目前皆处于正常运转状态。     

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。     

柔性钻杆O形圈球面密封性能研究

柔性钻杆已成为老井改造和增产提效的重要工具,为保障柔性钻杆球面密封的可靠性,对设计的一种O形圈球面密封结构开展数值模拟和试验研究。基于ANSYS有限元分析软件探究密封间隙、流体压力、转动角度以及有无挡环等因素对O形圈von Mises应力、接触应力、有效密封宽度等密封特性参数的影响。结果表明：流体压力与密封间隙存在耦合关系,流体压力越高要求密封间隙越小;往复转动会导致最大von Mises应力和最大接触应力升高,且随着密封间隙增大而影响加剧;挡环的安装可有效防止在密封间隙和流体压力较大时O形圈挤入缝隙。通过室内试验验证了O形圈球面密封结构的可靠性,为现场应用提供了理论依据和技术支撑。     

成品油库主输泵出口阀门不同密封结构性能分析

以某成品油管道闸阀为研究对象,建立阀杆处密封结构的分析模型,研究3种不同密封结构中密封效果与介质压力之间的关系,提出阀杆处密封性能的综合评定方法。结果表明：阀杆处密封性能可从密封接触面间最大接触应力、密封件实际工况下米塞斯应力峰值和密封件在密封介质压力作用下的变形情况3个方面进行综合评定。研究的3种密封结构无能满足密封的要求,其中V形沟槽内密封圈的密封能力最强,矩形沟槽内滑环式组合圈的密封能力最差;在相同工况下V形沟槽内密封圈米塞斯应力峰值最大,矩形沟槽内滑环式组合圈米塞斯应力峰值最小;组合圈与矩形沟槽配合的结构能有效解决密封件被挤入沟槽的情况。     

水下连接器球面密封沟槽对O形圈密封性能的影响分析

一种可以实现水下连接角度补偿的球形法兰连接器采用O形圈作为主要的密封元件,位于球面上的密封槽通过影响O形圈的伸长率和压缩率来实现密封效果。槽宽b与槽深h是密封沟槽的主要尺寸,在满足球面沟槽设计准则的前提下,对O形圈球面密封沟槽的尺寸进行了设计计算。基于标准沟槽与球面沟槽体积大小一致的原则,确定了球面密封槽的具体尺寸。密封圈沟槽的尺寸设计主要改变了O形圈的压缩率大小。通过研究压缩率对O形圈密封效果的影响可以确定,17.6%左右的压缩率能够使密封圈的密封效果达到最佳。     

星形圈水下往复动密封分析

通过ANSYS软件建立星形圈往复密封模型,分析了水下3 km环境中星形圈的剪切应力、接触应力、摩擦应力的分布以及往复运动过程中上述应力的变化。结果表明:水下3 km处星形圈的应力满足往复动密封要求;往复运动时内行程的应力大于外行程,水下环境中不同行程的应力变化幅度小于陆地。     

深海环境下的O形圈静密封设计

针对深海高压特殊环境,将现有O形圈密封结构进行改进和优化使其在海下具有更好的密封性能。利用ANSYS软件建立O形橡胶圈二维轴对称模型,分析深海环境下密封槽直径、O形圈材料、密封槽深度、法兰间隙等对O形圈密封性能影响。结果表明:深海环境下,应适当加大密封槽直径以避免压缩后O形圈与槽壁间形成空腔;深海环境下使用的O形圈,采用丁腈橡胶,选择压缩率在20%~25%之间,密封间隙为0较为合适。