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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水下环境下不同密封结构形式性能分析

为选择合理的水下装备密封结构形式,对格莱圈、O形圈、X形圈组合和矩形圈在水下环境下的密封性能进行分析。采用ABAQUS软件分别建立4种密封结构的有限元分析模型,研究4种密封结构在预压缩阶段、变压缩率和变外界压力下的等效应力、接触应力和剪切应力变化规律,对比分析4种密封结构的密封性能。研究结果表明：相同的初始压缩率下,矩形圈最大等效应力最大,然后依次是X形圈组合、格莱圈、O形圈,矩形圈最大接触应力和最大剪切应力最大,然后依次是X形圈组合、O形圈、格莱圈,矩形圈在初始压缩阶段具有更好的密封性能;随着初始压缩率和外界压力的增大,格莱圈、O形圈、X形圈组合和矩形圈的最大等效应力、接触应力、剪切应力随之增大,其中矩形圈和X形圈组合的应力增长率较高。矩形圈和X形圈组合在密封能力方面较优,但其等效应力和剪切应力水平过高,容易诱发密封失效;格莱圈和O形圈虽然在密封能力方面不如矩形圈和X形圈组合,但其最大等效应力和最大剪切力较小,故其用作密封时寿命更长。     

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。     

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。     

橡胶O形圈密封性能的有限元分析

采用ABAQUS有限元分析软件建立O形密封圈的二维轴对称模型,研究预压缩率与介质压力对O形圈VonMises应力、接触应力、接触长度的影响,确定O形圈容易失效的位置,并使用Karaszkiewicz接触公式对有限元分析的结果进行验证。结果表明:O形圈和密封槽转角接触部位容易失效;接触应力呈抛物线分布,接触应力、接触长度随着预压缩率、介质压力增大而增大,有限元计算值与Karaszkiewicz公式计算值较为一致,验证了有限元分析结果的可靠性。     

应力松弛下橡胶O形密封圈的有限元分析

建立了橡胶O形密封圈与沟槽接触的平面轴对称非线性有限元分析模型,利用MSC.Marc有限元软件,分析了O形密封圈安装过程中,不同压缩率对接触应力的影响以及考虑应力松弛过程下使用的应力分布.数值结果表明,在没有油压下,应力松弛前后O形密封圈接触界面上的应力分布呈抛物线;应力松弛后,O形密封圈中的最大接触应力有明显降低,在200 s内应力衰减较快.在应力松弛1年并施加油压后,接触界面上的应力分布变化较大,但最大接触应力仍都大于油压,该O形密封圈使用可靠.     

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。     

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。     

基于实际间隙的全回转推进器桨毂动密封性能研究

全回转推进器桨毂动密封采用O形密封,其实际间隙的改变直接导致压缩率变化,从而对密封性能产生影响。从设计角度和工作角度对桨毂密封端面的实际间隙进行分析,研究服役过程中的装配误差、实际工况和摩擦磨损导致的间隙变化规律以及相互耦合。基于该实际间隙,在ABAQUS软件中建立桨毂动密封有限元模型,分析不同压缩率和介质压力下动密封的密封性能,如Mises应力、润滑脂油膜厚度和压力等,揭示了不同间隙下桨毂动密封性能的变化规律。结果表明:随着压缩率增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体侧壁渐渐向主接触区过渡;随着介质压力增大,最大Von-Mises应力和最大油膜压力增加,最小油膜厚度略微减小,最大Von-Mises应力由O形密封圈与桨叶法兰主接触区和桨毂体底部逐渐向法兰低压接触区过渡;最大油膜压力始终大于油压值,动密封不会发生失效;通过适当增加装配间隙和介质压力有利于密封圈在自密封作用下获得更好的密封性能。     

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。     

气动平衡器O形密封圈与气缸润滑特性分析

为了降低O形密封圈与气缸内壁之间的摩擦力,气动平衡器装配过程中在气缸内壁涂上一层润滑脂。基于脂润滑相关理论,构建O 形密封圈和气缸的有脂润滑运动方程,通过MATLAB中PDE模块求解脂润滑模型,得出膜厚、接触应力在密封圈与气缸接触方向上的变化规律。基于ANSYS建立密封圈的瞬态结构有限元分析模型,以密封圈的运动速度和工作压力为恒定条件进行数值模拟,得出不同压缩率、摩擦系数以及行程方式条件下最大接触应力的时域特性。     

考虑O形圈初始安装变形的浮动油封接触特性*

为研究浮动油封O形圈初始安装变形的影响,基于Ansys Workbench平台建立浮动油封的二维轴对称有限元模型,并考虑O形圈初始安装变形进行非线性接触分析,研究不同油压、安装间隙、硬度对于O形圈的应力、接触压力、接触摩擦力以及浮封环端面支反力的影响。结果表明：考虑安装过程的情况下,O形圈并不是位于浮动油封中相对居中的位置,而是在浮动油封中部偏上位置,且O形圈的最大von Mises应力相比不考虑O形圈安装过程时更大,因此考虑O形圈安装过程更符合实际情况;油压升高造成最大von Mises区域变小变窄会加大裂纹失效的风险;最大接触摩擦力集中于浮封环端面处,且接触长度随油压增大不断增加;浮封环端盖y方向作用力的增速远超x方向作用力的增速;在恒定油压的情况下,应力随安装间隙的减小而增大,应力随硬度的增加而增大;浮动油封在2 MPa油压范围内,最大接触压力均大于油压,能保证浮动油封的自密封性。     

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。     

橡胶O形密封圈最大接触压力数值分析

以O形圈为研究对象,利用有限元模拟软件ANSYS对O形圈的材料特性以及预紧时的压缩率进行了模拟研究,得出了不同材质O形圈在不同压缩率下的最大初始接触压力和其分布规律。并且通过对数据的处理得到了一般情况下求解初始最大接触压力的数学表达式。     

O形密封圈偏心情况下接触应力仿真研究

研究O形密封圈在偏心情况下采用二维模型计算接触应力结果的准确度。通过利用有限元分析软件ABAQUS对O形圈的偏心情况进行二维和三维数值仿真分析,针对不同O形圈直径在不同偏心量的情况下分别进行接触应力的二维和三维计算与对比。结果表明：在O形密封圈偏心的情况下,与三维模型相比,二维模型计算的接触应力在最大压缩量处往往偏大,在最小压缩量处往往偏小,且偏心量的增大和O形圈直径的减小均导致二维模型的计算误差增大。对二维模型接触应力计算误差随偏心量和O形圈直径的变化曲线分别进行拟合,得到二维模型接触应力计算误差的预测公式,可用于O形圈二维模型接触应力预测值的修正。