水下采油树油管悬挂器密封性能分析

以水下采油树油管悬挂器密封结构为研究对象,建立金属密封圈凸缘处的接触面为半圆形接触面(密封Ⅰ)和倾斜接触面(密封Ⅱ)2种形式的力学模型,利用ABAQUS软件建立其有限元模型,分析过盈量、压力和温度对金属密封圈最大Mises应力和最大接触应力的影响及不同过盈量时接触应力在接触宽度上的分布。结果表明:密封Ⅰ的最大Mises应力和最大接触应力都随着过盈量、工作压力和温度的增加而增加,而密封Ⅱ的最大Mises应力和最大接触应力呈现不同的变化趋势;密封Ⅰ能够提供较大的接触应力,具有很强的密封能力,但密封宽度相对较小;一定的过盈量时,密封Ⅱ能达到较大接触宽度,保证良好的密封性能。     

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。     

充气式柔性密封的非线性有限元分析

从V形橡胶密封圈结构特点和密封可靠性出发,考虑结构的材料非线性、几何非线性和接触非线性,建立了充气式柔性密封的轴对称有限元模型,对其充气密封机制进行了分析,得到了密封面法向接触应力的分布规律;讨论了不同的充气压力和密封介质压力对法向接触应力的影响.结果表明,实现有效密封的关键是使法向接触应力高于密封介质压力,而法向接触应力的大小随充气压力的增大而增大;密封介质压力的存在使得接近密封介质一侧的接触压力减小,进而密封面的长度减小,影响密封效果;最大von Mises应力主要集中于与刚性件尖角接触处以及内壁的圆弧面上,且随充气压力的增大而增大;合理的密封结构和充气压力可保证密封的效果和可靠性,同时也可延长橡胶密封圈的使用寿命;利用有限元软件ANSYS进行充气式柔性密封圈结构设计和优化是可行的.     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。     

O形橡胶密封圈的热应力耦合分析

研究原油高温热采工具 O 形橡胶密封圈在高温高压下的密封特性。借助于大型有限元分析软件 ANSYS,建立 O 形橡胶密封圈及其边界的二维轴对称有限元模型,研究油压、装配间隙和摩擦因数对密封面最大接触应力、剪切应力和 Von Mises 应力的影响,并采用热应力耦合分析方法,分析温度对 O 形密封圈密封性能的影响。结果表明：摩擦因数对应力影响不大,而油压和装配间隙对应力影响很大,过大的装配间隙会造成 O 形橡胶密封圈最大接触应力下降和最大剪切应力上升,造成密封失效;当温度升高时,密封圈最大剪切应力和接触应力相应减小,而最大 Von Mises 应力明显减小,因此应使 O 形密封圈在适当的温度下工作,以确保密封的可靠性。     

充气式自密封气囊结构的非线性有限元分析

基于非线性有限元理论,建立充气式自密封气囊密封的平面应变有限元模型,分析充气式自密封气囊结构的密封性能。在有限元商业软件中利用二次开发实现充气压力自适应加载,对气囊充气密封机制进行分析,得到密封接触面接触应力和剪应力的分布规律;讨论充气压力、初始压缩量、肋筋倒角对密封面接触应力、接触面积和剪切应力的影响。结果表明,充气压力和肋筋倒角对接触应力影响较大,而初始压缩量对最大剪切应力影响比较明显。     

纯水密封径向间隙优化设计及仿真计算

纯水密封摩擦力大、泄漏量大、寿命短,无法为矿井液压系统稳定工作提供可靠有效的保障,从而导致开采过程中出现安全隐患。针对上述问题,利用有限元分析软件ANSYS建立复合密封件二维轴对称模型,在其他条件相同的情况下,分析不同径向间隙、不同压力载荷对密封静态和动态性能的影响,得到密封接触应力变化时对密封性能的影响规律,通过对不同径向间隙进行参数化设计,找到满足工作条件的最优径向间隙。仿真分析表明:径向间隙为0.25 mm时,复合密封件在1.5倍公称压力下的接触应力为49.854 MPa,密封效果最好;径向密封间隙为0.375 mm时,接触应力过小会导致泄漏现象产生;径向间隙为0.125 mm时,虽然密封性能进一步提升,但是接触应力的增大导致密封件磨损加速。实验表明:0.25 mm径向间隙液压缸密封寿命可达到20000次,较0.125 mm径向间隙液压缸密封寿命长约1/3。     

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。     

唇形橡胶密封圈非线性接触有限元分析

借助于大型非线性有限元分析软件ABAQUS,对自行设计的非标准件唇形橡胶密封圈进行了三维装配体非线性接触有限元分析, 对唇形密封圈在不同初始过盈量和油压下的变形与应力情况进行了分析研究.结果表明:最大接触应力随着初始过盈量增加而增加;在不同油压作用下,最大接触应力始终大于油压, 满足唇形圈的密封条件,并经实践检验,证明有限元分析结果是正确的.     

水泥环破碎器矩形异形活塞密封性能分析

针对传统圆柱形液压活塞承载力不足问题,提出一种矩形异形活塞,研究其在不同工况下的密封性能。基于Abaqus软件建立异形活塞有限元模型,研究介质压力、密封间隙、活塞运动状态以及摩擦因数对密封性能的影响,并分析异形密封环不同位置处的应力分布和翻转情况。结果显示：静密封时,介质压力越大,密封环的最大Mises应力和最大接触应力越大;密封间隙越小,最大Mises应力与最大接触应力越大;相比静密封,内行程过程中最大Mises应力和最大接触应力都有明显增加,且随摩擦因数增加而增加,而外行程中最大Mises应力和最大接触应力相比静密封差异较小;各工况下应力最大值均出现在密封环圆弧段;在活塞运动过程中密封圈并未发生翻转,只是存在位置的平移情况。研究结果证明了异形活塞的可行性以及良好的密封性能,为活塞结构设计与优化提供了依据。     

旋转轴唇形密封圈的有限元分析与仿真

利用橡胶类材料单轴拉伸所得到的应力应变曲线,通过数据拟合确定了Mooney-Rivilin模型的材料参数。建立了旋转轴唇形密封圈的有限元计算模型,模拟了弹簧圈预紧、过盈配合以及在不同的介质压力对旋转轴唇形密封圈密封性能的影响,得到了橡胶密封圈的范·米塞斯应力的分布规律以及唇口处接触应力的分布曲线。研究结果表明:随着介质压力的增加,唇口处范·米塞斯应力随之增加。唇口处接触应力的分布近似为二次抛物线,接触应力的最大值出现唇口尖端处。随着介质压力的增加,唇口处接触应力的应力峰值和接触宽度明显增加,且峰值均大于介质压力,满足旋转轴唇形密封圈的密封条件。     

基于有限元分析的矩形橡胶密封圈密封性能研究

针对矩形橡胶密封件,论述了密封圈的密封机理和材料的本构模型,运用有限元分析技术,分析了矩形密封圈的压缩率、温度和油压对Von Mises应力和接触应力的影响。结果表明:矩形密封圈压缩率、温度和油压对Von Mises应力和接触应力有很大影响,为密封圈的设计提供了理论依据。     

基于ABAQUS的变截面橡胶密封条热应力与密封性分析

研究用于发动机油气分离器的乙烯丙烯酸酯橡胶密封胶条在不同温度下的强度和密封性能。借助于大型有限元分析软件ABAQUS建立橡胶密封胶条与配合壳体的有限元模型,采用Mooney-Rivlin模型,对不同温度下的密封胶条进行热应力计算分析,得到橡胶密封胶条在不同温度下的Von Mises应力、压缩率、接触应力和接触宽度。结果表明:随着温度的升高,密封胶条的Von Mises应力和密封胶条与壳体连续接触面上的接触应力逐渐增加,接触宽度基本不变,密封条的压缩率逐渐减小;密封胶条的Von Mises应力远小于橡胶材料的拉伸强度,满足强度要求;密封胶条连续接触面上的接触应力始终大于油气分离器的工作压力且接触宽度符合要求,橡胶密封胶条满足密封条件。     

新型组合式炮膛密封结构的接触有限元分析

采用非线性有限元分析方法对新型组合式炮膛密封结构的橡胶密封圈和各密封元件之间的接触应力和变形进行了分析.通过分析橡胶密封结构的材料本构关系和非线性工作状态建立了模型,利用ABAQUS非线性有限元分析软件对模型进行了求解,得到了在高温高压火药气体作用下密封结构的静态变形和接触应力分布.结果表明,该新型组合式密封结构可以满足280 MPa高压火药气体的密封要求.     

基于多线性强化材料模型的轧机轴承有限元分析

基于ANSYS建立了大型四列圆柱滚子轴承有限元模型,选用多线性强化材料塑性应变模型,分析了某型号轧机用大型四列圆柱滚子轴承在极限载荷下的滚子素线修形方式、滚子空心度以及滚子和内滚道的硬化层深度对轴承最大接触应力及塑性应变的影响。结果表明:滚子对数修行时轴承接触应力较小;随内滚道和滚子硬化层深度增加,滚子与内滚道最大接触应力先增加而后趋于稳定;在空心度小于50%时,滚子内壁最大等效应力随空心度增大而增大,滚子外壁最大等效应力随空心度增大而减小,滚子最大接触应力随空心度增大而减小。在空心度大于50%时,滚子内(外)壁最大等效应力及滚子最大接触应力均随空心度增大而增大。     

径向弹簧蓄能密封结构最大接触应力的有限元分析

为研究径向弹簧蓄能密封结构的密封特性，针对典型径向弹簧蓄能密封结构，分析其密封机制以及O形弯曲金属螺旋弹簧的弹性特性；采用ANSYS有限元分析软件，建立典型弹簧蓄能密封结构的非线性有限元分析模型，对弹簧蓄能密封圈在不同压缩率、不同介质压力下的接触应力进行分析，研究在多种工况下最大接触应力的变化情况。结果表明：压缩率保持不变时，最大接触应力随着介质压力的增大而增大；介质压力保持不变时，随着压缩率的增大，最大接触应力先增大再减小。对压缩率、介质压力与最大接触应力的关系进行曲线拟合，可用于指导弹簧蓄能密封结构的精确设计。     

Kalsi密封流体动压波形结构研究

Kalsi密封依靠其流体动压波形边在轴旋转时产生流体动压润滑油膜。对标准Kalsi密封的规则正弦波波形边进行理论分析,发现通过增加波数和波幅可以促进流体动压润滑作用。借助Pro/E软件建立三维Kalsi密封模型,并在ABAQUS有限元软件中进行不同波数、波幅、内径时密封的Von Mises应力及接触应力分析。结果表明:波数、波幅对密封圈的Von Mises应力影响很小,而对接触应力影响较大;不同波数时,接触应力呈对称分布,且波数越多接触应力越大;不同波幅时接触应力分布比较一致,且波幅越小,接触应力曲线越平缓;而Kalsi密封圈内径对密封圈的Von Mi-ses应力和接触应力的影响与不同波数时的结论相似。     

基于Odgen模型O型橡胶密封圈的大变形接触分析

利用大型非线性有限元软件MSC.Marc,基于橡胶类材料单轴拉伸所得到的应力应变曲线,通过数据拟合确定Odgen模型的材料参数。建立O型橡胶密封圈非线性有限元计算模型,分析不同的介质压力对橡胶密封圈力学性能的影响,得到橡胶密封圈的Von-mises应力的分布规律、主接触面以及侧接触面接触应力的分布曲线。研究结果表明:随着介质压力的增加,Von-mises应力随之增加,并向密封圈与沟槽的接触区域转移。在主接触面和侧接触面接触应力的分布近似为二次抛物线,接触应力的最大值出现在接触区的中点,随着介质压力的增加,接触应力的峰值和接触宽度明显增加,且应力峰值均大于介质压力,能够较好地防止介质的泄漏。     

帽形滑环式组合密封的密封性能研究

采用ABAQUS软件建立帽形滑环式组合密封有限元模型,研究不同工作压力、密封间隙、运动速度和摩擦因数对其密封性能的影响规律。研究结果表明:静密封工况下,活塞杆与O形圈间的最大接触应力是影响密封性能的关键因素,随着工作压力的增大或密封间隙的减小,O形圈与帽形滑环的最大Von Mises应力均逐渐增大,各表面间的接触应力也逐渐上升;动密封工况下,工作压力越大、密封间隙越小,接触应力越大,密封间隙为0.3 mm其动密封性能最优,而随摩擦因数的增大,接触应力总体呈上升趋势,运动速度则对于接触应力基本无影响。     

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。