关于橡胶O形密封圈的Ansys分析

利用有限元分析软件ANSYS,建立了橡胶O形圈及其边界的有限元模型,分析了不同油压和初始压缩率下形状的变化和应力的分布,以及最大接触压力和油压、初始压缩率的关系,描述了O形圈可能出现裂纹的位置,为合理地安装和使用提供了理论依据。     

航空作动器O形密封材料失效分析

分析航空作动器往复密封材料的表面磨损失效和疲劳失效,针对材料疲劳失效,提出比S-N曲线更方便实用的基于断裂力学密封疲劳寿命预测方法.由于压缩率与拉伸率对密封失效及寿命的影响极大,分别建立压缩率为8%、12%、16%及20%的二维仿真模型和拉伸率为1、1.03、1.05和1.20的三维仿真模型.通过有限元方法对作动器O形圈进行仿真分析,基于表面磨损失效机理对各模型进行对比分析,获得接触压力与磨损速率的关系.通过基于断裂力学的材料疲劳失效机理,计算O形密封疲劳寿命.综合考虑两种失效分析,选择恰当的压缩率与拉伸率,不仅可以在保证密封效果的同时延长密封件寿命,而且计算数值与航空标准HBZ 4-1995基本一致,从而为制定相关标准提供理论方法.     

铝合金电阻点焊预压接触分析

为了探究铝合金电阻点焊的接触压力分布及初始导电区域,利用ABAQUS软件建立球面形电极条件下的预压接触二维轴对称有限元模型并对模型施加不同的电极压力.在可视化模块中得到了各个接触面上接触压力随载荷变化曲线、电极上的轴力分布云图及工件内的有效塑性应变云图.有限元分析结果表明,各接触面上的接触压力分布是不均匀的,电极-工件间的接触压力受电极球形端面轴向应力分布影响;工件间接触压力与材料所处状态有关;随着电极压力的增大,工件间接触半径呈线性增长.说明电阻点焊时可以通过选取不同截面的电极来改善接触压力的分布,进而改变初始导电区域的大小.     

介质压力及O形橡胶圈压缩率对往复运动轴封性能的影响

以液压缸往复密封中的O形橡胶圈为研究对象,建立其二维轴对称模型。在摩擦系数为0.1,不同介质压力和不同预压缩率的情况下,运用有限元软件ANSYS workbench对O形圈的变形情况及应力大小进行分析。结果表明：O形密封圈在缸筒和活塞杆间隙处应力集中最明显,说明在此位置容易被挤进间隙,造成间隙咬伤,导致密封失效。在压缩率小于15%,介质压力小于15MPa的情况下,剪切应力始终小于丁腈橡胶的剪切强度;在压缩率超过15%时,容易造成 O形圈应力松弛,发生压缩变形;介质压力超过15MPa,剪切应力急剧增加,在往复运动下,密封圈会不断地被摩擦磨损,很容易产生积累损伤,导致裂纹的产生或破损。     

基于有限元法活塞杆应力集中的研究

针对机械振打器活塞杆易于断裂的情况,利用有限元方法对气化炉机械振打器活塞杆的断裂进行了研究,得出了活塞杆Von-mises应力云图以及几何突变处不同的倒角半径对应的最大应力值.结果表明：活塞杆的最大应力发生在截面的几何突变处,且最大应力值随着倒角半径的增加而减小.其结果有助于对危险部位失效进行可行性预测,此预测对活塞杆的结构设计具有重要意义.     

基于有限元法活塞杆应力集中的研究

针对机械振打器活塞杆易于断裂的情况,利用有限元方法对气化炉机械振打器活塞杆的断裂进行了研究,得出了活塞杆Von-mises应力云图以及几何突变处不同的倒角半径对应的最大应力值.结果表明:活塞杆的最大应力发生在截面的几何突变处,且最大应力值随着倒角半径的增加而减小.其结果有助于对危险部位失效进行可行性预测,此预测对活塞杆的结构设计具有重要意义.     

卡箍快开卧式深海模拟舱的径向密封结构及其密封可靠性评价

针对卡箍快开盖结构的卧式深海模拟舱在深海高背压环境下存在密封可靠性不足问题,提出了一种深海模拟舱O形圈径向密封结构,建立了该结构的非线性有限元模型. 通过O形圈的密封面接触应力与内部Von Mises应力评价该结构的密封可靠性,讨论了舱内介质压力、O形圈预压缩率、槽口倒圆、配合间隙对深海模拟舱密封性能的影响. 仿真结果表明:加压过程中接触应力峰区位置显著改变,舱内水压由0 MPa加至25 MPa时,橡胶圈形状及Von Mises应力分布急剧变化,由25 MPa加至45 MPa时,橡胶圈形状及Von Mises应力峰区位置基本不变,该结构能够实现45 MPa压力下的有效密封. 预压缩率的增加会显著增加主接触面密封带宽度,增大槽口倒圆有助于降低Von Mises应力,Von Mises应力峰值随配合间隙的增加先增大后减小,增大配合间隙有助于提高密封带宽度. 试验结果证明:当O形圈的预压缩率为10℅、槽口倒圆为0. 4 mm、配合间隙为0. 7 mm时,利用该密封结构所研制的深海高压舱在40、45、50 MPa水压时均能保证有效密封.     

盖封密封磨损-热-应力耦合模拟与优化设计

在无油润滑工况下,密封面磨损是导致密封件性能降低及寿命丧失的关键因素. 结合有限元技术,基于修正的Archard磨损模型,建立盖封（CL）密封过程中密封件和活塞杆间的磨损-热-应力耦合数值模拟方法,分析磨损过程中密封件性能与寿命的变化规律及介质压力对密封特性的影响;基于所建立的仿真模型,采用正交试验设计法,以密封件密封面上最大接触压力降幅最小及密封件寿命最长作为优化目标,对CL密封中C形密封圈关键结构参数进行优化设计,得到最优组合方案;利用斯特林发动机活塞杆密封性能试验平台对数值模拟方法进行验证,并对磨损后CL密封接触面磨损状况进行测量,检测结果与仿真模拟结果较为一致,优化后密封件密封性能及使用寿命得到了提高.     

带金属O型环法兰的密封性能有限元分析

借助有限元分析软件ANSYS,综合考虑了法兰各部件间的接触作用、螺栓预紧作用以及O型环的材料非线性,对一使用金属O型环密封的非标准法兰进行密封性能分析.参考ASME规范,校核了法兰的密封性能.进一步的计算表明:在一定条件下,O型环和法兰密封面间的最大接触压力与内压之间存在线性相关性.进而结合操作密封比压与内压之间的关系,可以得到法兰的极限内压.对于使用金属O型环密封的法兰连接结构,该研究能为法兰的优化设计与密封性能预测提供参考.     

热态气压胀形聚碳酸脂板材盆形件有限元分析

为了研究聚碳酸酯板材在热气压胀形过程中的几何形状变化、应力、应变分布及璧厚等参数的变化情况,利用DYNAFORM软件对板厚为4 mm、直径100 mm聚碳酸酯盆形制件加工过程进行数值模拟,并且得出了相应的结论.分析表明:聚碳酸酯板材在均匀增压至某特定数值时,有一个突然的变形.在纬向应变分布,璧厚分布及位移变化所得的云图中均有一个临界圆,这使得制件的璧厚从临界圆到压边圈的厚度逐渐增加.实验结果与有限元分析结果一致.     

双主密封特殊螺纹油管接头密封性能研究

针对超深油气井中对密封性能的严格要求,基于特殊螺纹密封机理,设计一种由锥面对锥面和柱面对球面组成的双主密封特殊螺纹接头结构。采用数值模拟方法分析接头在拉伸、压缩、拉伸和内压、拉伸和内外压4种工况下,双主密封面接触应力、接触长度的变化情况,并对螺纹接头在极限载荷下的密封性能进行研究,得到接头密封能力随不同载荷的变化规律。最后对接头试样进行全尺寸试验,结果表明该双主密封特殊螺纹接头的密封性能满足使用要求。     

加氢反应器非标八角垫密封性能有限元分析

针对加氢反应器顶部人孔法兰处所使用的非标八角垫, 利用 A n s y s有限元分析软件计算了其密封面 在反应器进行液压试验过程中的接触应力, 分析了各个密封面上的不同接触应力的产生原因。结果表明, 接触应力 在试验压力达到峰值的时刻降至低谷, 垫片内侧两面应力最大点出现在远离垫片中心一侧, 外侧情况则与之相反。 分析所得垫片密封面接触应力的变化规律为同种非标密封结构的分析评定提供了参考依据。     

大口径全焊接球阀双向密封性能研究

运输有毒或可燃性气体的管道泄漏易导致起火、爆炸等灾难性后果。大口径球阀常用于矿山通风或天然气集输管道,球阀的密封性能是设备安全稳定运行的关键指标。文章在高压密封和低压密封工况下对40英寸全焊接球阀的密封结构组件正、反向密封时的密封性能展开研究。结果表明:正、反向密封时,高应力区出现在阀座支撑圈上,最大等效应力小于屈服强度;阀座密封圈的高应力和最大变形均出现在与阀座支撑圈接触的2个尖角位置。高压密封时,阀座与球体接触区域的接触压力均大于介质压力,满足密封要求。相比于高压密封工况,低压密封时阀座与球体的接触区域明显减小,需确保介质工作压力大于设计压力,防止过低的介质压力降低其密封性能。该研究可为大口径球阀密封压力范围的确定提供参考,为大口径球阀双向密封性能分析提供研究方法。     

深海带电插拔连接器力学特性分析

以水下7 000 m工况的深海带电插拔连接器为研究对象,旨在获得湿插拔连接器在深海双重高压下的受力特性和插拔过程中的动密封性能。介绍连接器的插头结构与压力补偿技术;推导压力补偿器工作容积的计算公式;运用Ansys Workbench建立插头内壳体组件与插孔组件的动密封有限元模型,对内壳体、压力平衡膜及内胆进行强度计算;分析由连接器插拔引起的平衡膜内外瞬时压差对膜的应力分布及变形情况;讨论密封件径向压缩量、密封接触面摩擦因数、插拔速度对插拔过程中动密封性能的影响。结果表明:插头插合时,平衡膜外表面应力基本不变,其变形减小;拔出时,平衡膜外表面的应力及变形都逐渐增大。密封件之间的接触压力受密封接触面过盈配合量的影响明显,增大过盈配合量可显著提高动密封区域的接触压力及密封性能,同时也会加剧密封件失效的可能性,密封接触面的摩擦因数、插拔速度对接触压力的影响则较小。     

深海带电插拔连接器力学特性分析

以水下7 000 m工况的深海带电插拔连接器为研究对象,旨在获得湿插拔连接器在深海双重高压下的受力特性和插拔过程中的动密封性能。介绍连接器的插头结构与压力补偿技术;推导压力补偿器工作容积的计算公式;运用Ansys Workbench建立插头内壳体组件与插孔组件的动密封有限元模型,对内壳体、压力平衡膜及内胆进行强度计算;分析由连接器插拔引起的平衡膜内外瞬时压差对膜的应力分布及变形情况;讨论密封件径向压缩量、密封接触面摩擦因数、插拔速度对插拔过程中动密封性能的影响。结果表明:插头插合时,平衡膜外表面应力基本不变,其变形减小;拔出时,平衡膜外表面的应力及变形都逐渐增大。密封件之间的接触压力受密封接触面过盈配合量的影响明显,增大过盈配合量可显著提高动密封区域的接触压力及密封性能,同时也会加剧密封件失效的可能性,密封接触面的摩擦因数、插拔速度对接触压力的影响则较小。     

高压烧结炉虫形密封圈性能研究

采用FEM 方法对Dn1160型压力烧结炉中虫形密封圈做非线性接触分析,利用Ansys14.5模拟计算虫形密封圈VonMises应力、接触变形、接触应力及分布情况,对比不同参数时开裂破坏及寿命。讨论了系统内压、槽口半径、密封间隙、摩擦系数改变对密封性能的影响,进而完善虫形圈的密封性能。     

新型虫形密封圈密封性能研究及优化

虫形密封圈位于Dn1160型压力烧结炉密封槽内,易发生撕裂破坏。采用有限元分析方法对虫形圈进行非线性接触分析,应用Ansys软件对虫形圈Von Mises应力、接触应力等进行数值模拟,并对结果进行对比,得出不同参数及工况下虫形圈的开裂破坏特点及易撕裂位置,同时参考前人的研究成果,进一步优化了虫形圈的密封能力。研究结果为同类型密封圈的设计和优化提供了一种新思路。     

深海高压舱密封性能评价研究

为了确保基于O形橡胶密封圈的深海高压舱实现可靠密封，避免因经验设计带来的密封失效，提出了通过计算O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力来判断密封可靠性和安全裕度的评价方法.采用超弹性单元HYPER56建立了O形密封圈的有限元分析模型，计算了高压舱O形密封圈在承受内压时的应力分布.计算结果表明,当O形圈的预压缩量小于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量，可以显著提高O形圈的最大接触应力；当O形圈的预压缩量大于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量对提高O形圈的最大接触应力贡献不大；当O形圈的预压缩量大于0.6 mm时，O形圈的最大接触应力始终大于密封压力，高压舱能可靠实现60 MPa的密封.对上述结论进行了高压密封实验，实验结果表明，当O形圈的预压缩量为0.8 、1 和1.2 mm时，高压舱能可靠实现60 MPa的密封；通过计算当O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力，可以对高压密封舱的密封性能做出正确判断.     

斯特林机帽式密封性能分析及回归参数优化设计

为改善斯特林机活塞杆帽式密封性能,首先采用数值仿真分析了5 MPa工质压力下其静、动态力学特性,从而获取了O型圈内径尺寸LN、C型环径向壁厚T和装配过盈量S三个关键结构参数对密封性能的影响规律,在此基础上,再利用回归设计法以配伍面最大接触压力平稳且密封可靠为优化目标,对密封结构的上述三个关键参数进行优化设计以确定其最佳匹配方案,最后通过密封试验台验证了本文优化设计方法的准确性和普适性。结果表明：活塞杆与C型环密封面中间区域上最大接触压力随LN和S的增大而增大,但随T的增大而减小;通过估计回归系数和方差分析（ANOVA）发现,LN对密封性能影响最为显著、S次之、T影响最小;LN和T、LN和S交互项对响应显著,而T和S交互项对响应不显著;当LN为13.745 mm、T为0.40 mm和S为0.020 mm时,优化密封件对应的正行程最大接触压力为9.01 MPa、回程为9.75 MPa,较工程在用密封件（LN=13.78 mm、T=0.5 mm、S=0 mm）最大接触压力分别降低了14.7%和25.5%;实验进一步验证了优化密封件的密封性能和使用寿命均优于工程在用密封件,并且在不同工质压力下优化密封件的接触压力均匀性更好,减摩延寿效果明显,充分证明本文性能分析与优化设计方法准确有效。