丁腈橡胶O形圈往复密封性能实验研究

根据《用于评估液压往复密封应用的标准试验方法》设计往复密封标准试验台,能够对不同类型的密封环进行整环测试;对不同工况下的丁腈橡胶O形圈进行实验研究,并与工程解进行比较和分析,结果具有较好的一致性。结果表明:丁腈橡胶的力-位移响应滞后性很明显;同样的工况条件下,润滑油的润滑与减摩效果优于去离子水;在小压差范围内,随压力增加,摩擦力基本呈线性增加;随往复速度增加,摩擦力会逐渐增大,但增长率会逐渐变小,直至滑动摩擦力达到稳定值。     

振动环境下O形圈静密封性能分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了加挡圈O形圈二维轴对称几何模型，对高压工况下振动对密封圈静密封性能的影响进行研究。首先，给出了振动工况下O形圈的密封行为变化，预测密封件易失效部位；其次，对比分析了不同压力和振动幅值对密封静力学性能的影响。结果表明：较大的介质压力加剧O形圈被挤入张开的密封间隙，活塞杆振动挤压O形圈材料，从而造成应力集中，因此在介质压力较大时，需要注意防震；而提高挡圈材料的回弹性，能有效防止由于振动造成的O形圈的失效损坏。     

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。     

丁腈橡胶O形圈密封性能试验研究

研制一种静环用O形圈性能试验装置,该装置利用步进电机通过螺旋差动机构对芯轴施加轴向载荷,实现被测O形圈的四面受压,进而可模拟静环与静环座O形圈的密封。基于该装置在不同工况下对丁晴橡胶O形密封圈密封面之间的接触应力和泄漏量进行实验测量。结果表明：O形密封圈在预压缩率一定的情况下,接触应力随着工作介质压力的增大而增大;在工作介质压力一定的情况下,接触应力随着预压缩率的增大而减小,但减少的幅度并不大; O形密封圈的内径对其在不同工况下的接触应力有一定的影响,但影响不大。     

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。     

水下机器人耐压壳体O形圈密封性能有限元分析

由于水下机器人工作环境的特殊性,对其耐压壳体的密封性能有严格要求,而其O形密封圈在其中起到至关重要的作用。文中基于橡胶密封结构的非线性有限元理论,应用有限元分析软件ABAQUS建立O形密封圈的二维轴对称模型,对某水下机器人耐压壳体中O形密封圈在设计条件下的受力情况及特性进行了分析,得到了在设计水深条件下的O形密封圈变形情况、应力分布及最大接触压力。结果表明：密封面上最大接触压力大于外部海水压力。通过试验验证了某耐压壳体密封设计的可靠性。     

O形旋转密封圈的密封性能有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了摆动液压油缸O形旋转密封圈的二维轴对称模型,分析计算了旋转轴直径、O形圈截面直径、O形圈内圆周向压缩率等结构参数对密封面最大接触压力和范·米塞斯(Von Mises)应力的影响。结果表明:介质压力为0时,旋转轴直径、O形圈截面直径对范·米塞斯(Von Mises)应力和密封面最大接触压力影响较大;O形圈内圆周向压缩率对Von Mises应力影响较大;在介质压力下,旋转轴直径、O形圈截面直径分别对Von Mises应力及最大接触压力的影响都不大,O形圈内圆周向压缩率主要是为了避免橡胶的焦耳效应;分析结果验证了长期使用的设计经验。     

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。     

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。     

考虑温度影响的O形圈可靠性分析

针对O形圈处在高温工况容易发生热膨胀及应力松弛并导致失效的情况,利用有限元软件分析比较考虑温度时和不考虑温度时O形圈的应力及应力随着时间的松弛情况,并使用响应面法,计算出O形圈的剪切破坏失效、密封失效及多失效的可靠度。结果表明:高温对O形圈的应力分布和松弛速率的影响很大;O形圈的剪切破坏可靠度及泄漏失效可靠度随时间呈下降趋势,初期会发生急剧下降而后期下降速度减小;O形圈的多失效可靠度前期急剧减小然后基本达到稳定,表明O形圈在使用初期没有发生失效,则其在后期发生失效的概率较低。     

O形橡胶密封圈静密封应力分析及密封性能研究

结合某液压缸采用O形橡胶密封圈实现低压静密封的实例，建立了大直径O形橡胶密封圈与密封副接触的非线性有限元分析模型，得出了其在安装和使用中的等效VonMises应力和接触正应力分布，据此，对O形橡胶密封圈的力学与密封性能进行了分析，并给出了合理选择O形橡胶密封圈拉伸量与压缩率的理论分析。     

金属O形环密封结构的泄漏模型研究

基于分形理论的金属垫片泄漏模型,改进了密封面的接触模型,综合考虑了密封面微凸体的完全弹性、第一弹塑性、第二弹塑性和微凸体大小分布的域扩展因子;分析金属O形环密封接触宽度与设计压缩率的关系,推导出金属O形环密封结构的泄漏模型,并进行验证分析。结果表明:压缩率在一定范围内,接触宽度随压缩率的增加而逐渐增加;但当压缩率超过一定值后,O形环发生塌陷,导致接触宽度迅速减小;各压缩率下计算得到的泄漏率与试验结果在同一量级,说明建立的泄漏模型适用于金属O形环密封结构泄漏率的预测。     

O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS对O形橡胶密封圈在不同压缩率和油压下的变形与受力情况进行了分析研究,得出了相应情况下范.米塞斯(Von M ises)应力分布及接触压力与最大接触压力的变化关系。结果表明:随着油压的增加,范.米塞斯(Von M ises)应力相应增加,且应力峰区也相应改变,说明O形圈可能出现裂纹的位置是随着油压而变化的;O形橡胶密封圈与轴之间的最大接触压力随着压缩率、油压的增加而增加,在不同油压作用下,最大接触压力始终大于油压,满足O形圈的密封条件。     

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。     

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。     

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。     

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。     

压缩式封隔器异型胶筒密封性能分析

为了提高油田分层开采特别是非常规油气完井技术中使用的封隔器常规胶筒的密封性能,使其应力分布更均匀,通过在胶筒与中心管接触一侧的中间开设小圆槽,设计出几种具有不同半径小圆槽的异型胶筒。采用非线性有限元方法,利用 ANSYS 分析软件建立封隔器胶筒有限元模型,对比分析常规胶筒和异型胶筒的密封性能,并研究圆槽半径对封隔器密封性能的影响。结果表明：异型胶筒最大接触应力明显高于常规胶筒,且接触应力分布均匀,因此其密封性能高于常规胶筒;在一定范围内,圆槽半径对接触应力影响不大,但圆槽半径过大会降低封隔器的密封性,应根据现场实际情况来确定圆槽半径。     

温度变化对压裂用封隔器胶筒密封性能的影响

利用ABAQUS分析软件建立封隔器胶筒的有限元模型,分析相同工作载荷及不同工作温度下,胶筒与套管间接触应力及其沿轴向的分布规律;分析升温和降温2种情况下温度对胶筒密封性能的影响,以及考虑胶筒发生扭转时温度对密封性能的影响。结果表明:轴向载荷不变时,随着温度的升高,胶筒的密封性能也随之提高;升温时,除起始温度低于0℃以外,其各温度下升温的温差幅度越大,胶筒的最大接触应力增加幅度越大,胶筒的密封效果越好;降温时,降温的温差幅度越大,胶筒的最大接触应力减小的幅度越大,胶筒的密封性能越差;小角度扭转载荷下,作业温度的升高将提高胶筒的密封性能,但会降低胶筒密封的稳定性。