矩形橡胶密封圈的有限元分析

谭晶;杨卫民;丁玉梅;李建国;杨维章;鲁选才;唐斌

【期刊名称】《润滑与密封》

【年(卷),期】2007(032)002

【摘要】利用ANSYS建立了矩形橡胶密封圈的有限元模型,分析了初始压缩率和液体压力对矩形圈变形和密封面处接触压力的影响,并与O形圈进行了对比.结果表明,矩形圈密封面处的接触压力随初始压缩率和液体压力的增加而增大;矩形圈较O 形圈的接触压力均匀、密封面大、密封效果好且初始压缩率小、老化速度慢、尺寸稳定性好,但矩形密封圈的接触面积大,散热效果差,只能用于静密封.

【总页数】4页(P36-39)

【作者】谭晶;杨卫民;丁玉梅;李建国;杨维章;鲁选才;唐斌

【作者单位】北京化工大学机电工程学院,北京,100029;北京化工大学机电工程学院,北京,100029;北京化工大学机电工程学院,北京,100029;北京化工大学机电工程学院,北京,100029;西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳,712023;西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳,712023;西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳,712023

【正文语种】中文

【中图分类】TB42

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励

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用于液压机构的矩形密封圈有限元分析房熊;单旸;金石磊;李小慧【摘要】在液压机构中，转轴组件与转动套组件之间的密封一般靠矩形密封圈来保证，在实际使用过程中密封圈密封效果的好坏直接影响着转轴的工作，所以密封圈在液压机构中起着十分重要的作用。该文从实际情况出发，首先在 SolidWorks 软件中建立旋转机构的三维造型，然后根据分析对象和内容对模型进行合理简化，选择了3种应用工况，通过 ANSYS 软件模拟分析得出了对应工况下的密封圈受力情况，并评估了密封圈的危险区域，为密封圈的优化设计和安全使用提供参考和依据。%In the hydraulic unit,the seal between the rotating shaft unit and rotating sleeve unit generally is realized by rectangular sealing ring,and the seal effect directly affects the working status of the rotating shaft,so rectangular sealing ring plays an important role in the hydraulic unit.Based on the actual situation,firstly 3D-model of rotating unit was built with SolidWorks software,and then the model was predigested reasonably according to the analysis object and content.The stress cloud of the rectangular sealing ring was simulated by ANSYA software under three pressure conditions,and the dangerous zone was gained.This study can provide reference and basis for the optimized design and safe use of rectangular sealing rings. 【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2015(000)012 【总页数】4页(P889-891,907)

ABAQUS下O型密封圈分析

ABAQUS下O型密封圈分析最近在群里见有人在询问如何使用橡胶材料进行接触分析，今天在本文中进行相关介绍。案例选择之前在workbench中介绍的密封圈压缩案例，对于O型密封圈，模型符合轴对称特性，可简化为轴对称模型进行相应分析。模型简化如下图：图1 模型认识 ABAQUS有限元分析流程如图2所示，本文仍按照相应流程进行介绍：图2 ABAQUS有限元分析流程介绍一、前处理 1.1 几何模型的构建本案例中的几何模型较为简单，因此直接在abaqus中创建。将Module切换到Part模块，单击create part创建压块部件，部件类型选择Axisymmetric、Deformable、Shell，进入草图环境，绘制内圈图形，绘制完成后单击done完成创建。再依次创建O型圈以及外圈零件。 1.2 材料参数的定义 1.2.1 材料本构将Module切换到property模块。内圈、外圈采用结构钢材料，O型圈采用橡胶超弹性材料橡胶材料使用Ogden材料本构模拟，具体参数见workbench下O型圈密封分析（可插入之

前workbench的相关链接）。 1.2.2 截面定义单击create section为内外圈以及橡胶各创建一个截面属性，类型为solid，Homogeneous，在弹出的对话框选择相应材料，如下图所示。图3 截面创建 1.2.3 截面指派为各零件指派相应的截面属性。 1.3 网格系统的构建 1.3.1 网格划分将Module切换到Mesh模块。通过合理控制网格大小，得到如图所示的网格图4 网格系统 1.3.2 单元类型设定对于本例，需要修改橡胶圈单元类型为CAX4RH 1.3.3 装配将Module切换到Assembly模块，进入装配环境，按照图1所示位置关系进行装配。二、求解

6-卡箍橡胶密封圈选型设计报告及力学性能试验报告

灌浆卡箍力学实验及分析研究系列报告（六）：卡箍橡胶密封圈设计报告及力学性能试验报告哈尔滨工程大学黑龙江省重点实验室水下作业技术与装备实验室王茁孙立波

目录卡箍橡胶密封圈选型设计报告及力学性能试验报告 (1) 0、引言 (1) 1、密封圈材料分析及选择 (1) 1.1、密封圈材料的性能分析 (1) 1.2、密封圈材料的选择 (4) 2、O型密封圈的分析 (5) 2.1、灌浆卡箍中O型密封圈有限元分析计算模型 (5) 2.1.1、橡胶材料有限元分析及本构模型 (6) 2.1.2、O型密封圈有限元分析模型 (6) 2.2、O型密封圈失效模式与失效判据 (7) 2.2.1、最大应力 (7) 2.2.2、最大接触应力 (7) 2.2.3、剪应力 (7) 2.3、计算结果与数据分析 (8) 2.3.1、预紧状态时108mm ×2mm规格O型密封圈变形及 Von Mises 应力分布 (8) 2.3.2、不同水压时O型密封圈变形及 Von Mises 应力分布 (9) 2.3.3、预紧状态时108mm × 2.6mm规格O型密封圈变形及 Von Mises 应力分布 (11) 2.3.4、不同水压时O型密封圈变形及 Von Mises 应力分布 (12) 2.3.5、不同压缩率时O型密封圈最大 Von Mises 应力、最大接触压力与水压的关系 (14) 2.4、结论 (14) 3、卡箍密封实验分析及密封圈的选择 (15) 3.1、卡箍密封实验 (15) 3.1.1、实验目的 (15) 3.1.2、实验装置 (15) 3.1.3、实验步骤 (15) 3.1.4、小的直管卡箍密封实验结果分析 (16) 3.1.5、小的K管卡箍密封试验结果分析 (17) 3.1.6、小的直管径向加填料密封的实验结果分析 (18)

橡胶O形圈密封性能的有限元分析

橡胶O形圈密封性能的有限元分析关文锦;杜群贵;刘丕群【摘要】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Von Mises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.%The two-dimensional axisymmetrie finite element model of the rubber O-ring was established with program ABAQUS. The Von Mises stress,contact stress,contact length at different compression ratio and medium pressure were discussed, and the failure location of the O-ring was defined. The result of finite element analysis was compared with that of Karaszkiewicz' s formula. The results show that the failure often occurs at the contact corner between the O-ring and the sealing groove. The contact stress has a parabolic distribution along contact length,and the contact stress and contact length become larger as the compression ratio and the medium pressure increased. The result of the finite element analysis shows good agreement with that of Karaszkiewicz' s formula,so the reliability of the finite analysis method result is validated. 【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(037)006

橡胶工业中的有限元计算问题

中文摘要摘要作为一种工程材料硫化橡胶早在19世纪就被广泛的应用。由于它良好弹性的特性被用于承载结构轴承，密封圈，吸收震动的衬垫，连接器，轮胎等。然而，不同于金属材料仅需要几个参数描述其材料特性，橡胶的行为复杂，材料本构关系是非线性的。它的力学行为对温度，环境，应变历史，加载的速率都非常敏感，这样使得描述橡胶的行为变得更为复杂。橡胶的制造工艺和成分也对橡胶力学性能有显著的影响。这也意味着橡胶作为工程材料的研究是一段不断的尝试和改进的过程，而不是完全彻底的理解。幸运的是，由于计算机以及有限元分析的飞速发展，我们可以借助计算机来对超弹性材料工程应用进行深入研究以及优化设计。本文给出如何用有限元方法来分析工业中的橡胶元件的力学性能的完整的方法，包括选取橡胶的本构模型，拟合本构模型，有限元建模，处理计算结果。有限元分析的精度是直接与输入的材料数据相关的。理想情况下，数据应该来自一系列的独立的实验。本文给出了常用的用于拟合橡胶本构关系的实验方案。另外本文详细讨论了一种橡胶元件中常用的超弹性材料轴对称过盈配合问题。分别用解析的方法和有限元计算方法详细研究了此问题，包括平面应变大变形和小变形的解析解，有限元解，平面应力的小变形理论解，平面应力情况大变形和小变形的有限元解，橡胶体积模量对过盈配合的影响，接触面的摩擦系数对过盈配合的影响。关键词：橡胶过盈配合超弹性大变形 - I -

目录摘要 ................................................................................................................ II Abstract（英文摘要）.......................................................................................... III 目录 ................................................................................................................ V 第一章超弹性材料本构关系 .. (1) 引言： (1) 1.1 超弹性模型概况 (1) 1.2 橡胶模型的特征 (3) 1.3 常用的橡胶本构模型介绍 (3) 1.3.1 多项式形式及其特殊情况 (3) 1.3.1.1 Mooney-Rivlin模型和Neo-Hookean模型 (4) 1.3.1.2 Yeoh形式（Yeoh, 1993） (5) 1.3.2 Ogden形式 (6) 1.3.3 Arruda-Boyce形式 (6) 1.3.4 Van der Waals模型 (7) 1.4 本文的主要内容 (8) 第二章超弹性材料过盈配合的解析解和数值解 (10) 引言： (10) 2.1 橡胶大变形和小变形本构关系 (11) 2.1.1 大变形 (11) 2.1.2 小变形 (12) 2.2 平面应变情况下的解析解和有限元解 (14) 2.2.1解析解 (14) 2.2.1.1 线弹性小变形解析解 (14) 2.2.1.2 大变形超弹性本构关系解析解 (15) 2.2.1.3 线弹性与超弹性解析解的比较 (17) - II -

O形圈和矩形圈静密封性能仿真对比研究

O形圈和矩形圈静密封性能仿真对比探究摘要：本探究通过静密封性能的仿真对比，对O形圈和矩形圈的密封性能进行了系统探究。通过建立简化的模型，运用有限元仿真软件ANSYS对两种密封圈进行力学性能分析，并对其设计参数进行优化。仿真结果表明，O形圈具有较好的静密封性能，而矩形圈在一定程度上存在泄漏问题。本探究对于防止泄漏、提高装配效率以及降低成本具有一定的参考价值。关键词：O形圈；矩形圈；静密封性能；仿真对比；优化设计 1. 引言密封是现代工程技术中重要的一环，其在各个领域有着广泛的应用。在工业生产中，静密封是一种常见的密封方式，其中，圆环形密封件是应用最为广泛的一种。目前，常见的圆环形密封件主要包括O形圈和矩形圈两种。然而，两种密封件在实际应用中存在性能差异，因此有必要对其进行详尽的探究和对比。 2. 方法 2.1 建立模型本探究接受有限元分析方法，并使用ANSYS软件建立O形圈和矩形圈的三维模型。对两种密封圈的几何尺寸、材料特性等进行准确建模，以实现仿真分析。 2.2 材料特性通过探究已有文献和试验结果，得到O形圈和矩形圈的材料特性。选取合适的材料参数，包括材料的本构干系、材料的线性热膨胀系数等。 2.3 仿真分析

接受ANSYS软件对两种密封圈进行静密封性能的仿真分析。设置边界条件和加载条件，针对不同工况进行分析。通过对压缩变形、接触应力和密封效果等因素进行仿真计算，并对结果进行评估。 3. 结果与谈论 3.1 压缩变形分析从压缩变形的角度比较O形圈和矩形圈的性能，可以得出如下结论：O形圈在受到外界压力时，其弹性变形范围相对较大，密封性能较好。而矩形圈的变形范围相对较小，其受力分布不匀称，容易导致泄漏。 3.2 接触应力分析 O形圈和矩形圈在接触应力分布上也存在一定的差异。通过仿真分析得出，O形圈的接触应力分布匀称，能够实现较好的密封效果。而矩形圈由于其结构特点，使得接触应力分布不匀称，从而导致泄漏的问题。 3.3 优化设计通过对两种密封圈的仿真分析结果进行对比，可以得出如下结论：针对矩形圈的泄漏问题，可以通过优化设计其几何尺寸和材料特性，以提高其密封性能。而对于O形圈，其密封性能相对较好，无需进一步优化。 4. 结论通过对O形圈和矩形圈的仿真对比探究，可以得出如下结论：O形圈具有较好的静密封性能，而矩形圈在一定程度上存在泄漏问题。在实际应用中，应依据详尽工况选择合适的密封圈。此外，对矩形圈的优化设计可以进一步提高其密封性能

橡胶密封圈密封性能预判方法研究

橡胶密封圈密封性能预判方法研究本文主要研究了橡胶密封圈密封性能预判方法。首先，介绍了橡胶密封圈的基本特征及其密封性能对生产质量和生产过程中的关键因素；其次，使用先进的技术方法，如流体力学、有限元分析等，分析不同尺寸、不同结构、不同材料的橡胶密封圈；最后，提出了一种以有限元方法和可视化技术结合的预判橡胶密封圈密封性能的方法，该方法具有较强的实用性和精度。橡胶密封圈是一类由橡胶制成的静态密封件，可以实现低温、高压环境下的物体或结构间的空腔密封，从而有效地抑制机械系统内部的磨损、泄漏、热变形等问题。目前，橡胶密封圈在汽车、船舶、建筑、石油和化工等行业的应用日新月异，广泛使用，受到广泛的青睐。由于橡胶密封圈存在材料硬度、摩擦系数、硬件强度、流变性等参数，因此在设计、生产和使用过程中，其密封性能的稳定性、可靠性和使用寿命具有十分重要的意义。因此，预测橡胶密封圈的密封性能成为提高生产质量和减少生产成本的有效手段。有限元分析是一种先进的数值模拟计算方法，可以有效预测橡胶密封圈的密封性能。首先，将橡胶密封圈的连接形式建模，找到橡胶密封圈在受力作用时所处的状态；其次，使用有限元方法，采用相应的边界条件和假设，可以计算出橡胶密封圈的压力和温度的变化范围；最后，采用可视化技术测量获得的结果，对密封性能进行预判，从而可以更准确地预测橡胶密封圈的最终密封效果。采用有限元方法和可视化技术结合的预判橡胶密封圈密封性能

的方法，具有较强的实用性和精度，可应用于各种不同形状和材料的橡胶密封圈，并且可以有效率地对橡胶密封圈密封性能进行预判，从而实现生产质量的提高和成本的降低。综上所述，本文通过介绍橡胶密封圈的基本特征及其对生产质量的重要性，介绍了有限元分析方法和可视化技术方法，提出了一种新的预判橡胶密封圈密封性能的方法，该方法可以有效提高橡胶密封圈的密封性能，为橡胶密封圈生产过程中的质量保证提供有效支持。

基于SOLIDWORKS Simulation的O型橡胶密封圈有限元模拟

基于SOLIDWORKS Simulation的O型橡胶密封圈有限元模拟作者：暂无来源：《智能制造》 2016年第2期撰文/ 北京盛维安泰系统技术有限公司李跃超 O 型橡胶密封圈因为价格便宜，制造简单，功能可靠，并且安装要求简单，O 形环是在机械设计中最常见的密封件。有限元模拟手段可以对O 型橡胶密封圈的工况响应做出正确的描述，为设计工程师针对O 型橡胶密封圈的选择与密封性能是否达标提供理论依据。一、问题描述如图1 所示，部件的剖面为部件装配的最终状态，支柱零件的高度与黑色树脂件的自然高度一致，螺栓使钣金板与支柱零件连接，钣金板零件的卡位压紧黑色树脂件，树脂件压紧O 型橡胶密封圈。关注问题：（1）O 型橡胶密封圈压缩状态的接触压力；（2）钣金板在橡胶圈的压缩状态，受力的形变量。二、模型简化处理有限元分析模拟就是将实际的工况问题用适当的模型描述。几何体模型与分析软件设置属性、边界条件一起用有限的单元网格来离散，构建出一个数值计算模型。从实际分析的问题到一个合适、准确的数值计算模型，就是模型的前处理，如图2 所示。因为涉及到橡胶材料的接触变形，这是材料非线性、接触、大形变的非线性分析类型问题。其次螺母的锁紧过程是缓慢的，可以定性为静态分析问题。如果直接运用静态非线性那么计算规模会很大。根据关注问题需要，可以设置两个

算例，一个静态非线性分析得到密封圈接触压力、反作用力，如图3 所示。一个静态线性算例分析钣金的变形。根据分析关注信息与分析类型判断选择最终模型简化如图4 所示。三、分析设定 1. 静态非线性分析因为材料属性，结构的特点，工况状态360°圆周对称。选择轴对称2D 简化算例，如图5 所示。 2．材料属性定义树脂件、钢板使用线性弹性各向同行材料模型，O 型密封圈使用超弹性-Mooney Rivlin 材料模型。 Simulation 提供超弹性材料模型用于为类橡胶材料建模，其中的解会涉及大变形。假设材料为非线性弹性、同向性且不可压缩。这种材料的有限元素公式由于材料的不可压缩性而计算困难。根据压缩性在应变能密度函数中的引入，可以使用一种惩罚方法将附加自由度组合到整体刚度矩阵中。引入惩罚函数后将应变能函数从不可压缩修改为接近不可压缩。软件提供支持超弹性-Mooney Rivlin、Ogden、 Blatz-Ko 模型。 3. 定义接触条件选择密封圈与两零件直接为曲面到曲面的无穿透接触，如图6 所示。 4. 边界条件施加固定约束树脂零件下边线，钣金零件施加位移约束是 O 型密封圈压紧，如图7 所示。 5. 网格划分

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格莱圈密封性能非线性有限元分析王成刚;肖健;刘慧;刘俊;高兴;盖超会【摘要】为了研究气缸密封件的性能以及失效情况,运用有限元分析方法对格莱圈弹性体进行分析.利用有限元分析软件建立了格莱圈有限元分析模型,通过建模、划分网格、加载、求解以及后处理等步骤,对其在不同压缩率、不同气压时密封面接触压力分布规律进行探讨分析,确定格莱圈易失效位置,分析压缩率和气压对格莱圈密封面最大接触压力的影响.结果表明:在位移云图和接触压力云图中,格莱圈密封面最大接触压力随压缩率和气压的增加而增加;格莱圈的方型圈与缸套的接触压力最大,且最大接触压力明显大于通入气体的压力,故格莱圈不易失效;气缸在实际气压0.4 MPa和8％压缩率的情况下能正常工作,为评定缸阀一体化气缸的可靠性提供了参考. 【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2014(036)002 【总页数】7页(P42-48) 【关键词】格莱密封圈;压缩率;最大接触压力;非线性有限元分析【作者】王成刚;肖健;刘慧;刘俊;高兴;盖超会【作者单位】武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430205;武汉软件工程职业学院机械制造工程系,湖北武汉430205

【正文语种】中文【中图分类】TH138 0 引言近年来，随着尖端科学技术的迅速发展和工业、交通运输等部门机械化、自动化水平的不断提高，对密封件的性能和质量要求也就愈来愈高[1].本文所研究的对象是缸阀一体化气缸，此气缸是清洁煤气化装置机械振打除灰系统的关键设备，由于工况的复杂性，现有的冲击气缸使用寿命短，可靠性差等已越来越不能满足工业生产的需求.缸阀一体化气缸的重要部件是密封件.所以衡量气缸正常工作的重要指标，就是密封件的使用年限以及其工作的可靠性. Glyd(格莱圈)密封圈包括方型圈以及O型圈两个部分，通常方型圈材料为含金属粒子的聚四氟乙烯，具有耐磨、耐热等.在运动过程中，方型圈与运动的部分相接触.安装时，方型圈与O型圈通过径向组合安装在同一个密封沟槽中，通过在O型圈上施加一定的压缩量，使O型圈产生较大的变形而回弹，从而达到使气体无法从O型圈和方型圈之间以及O型圈与沟槽之间流通的目的，同时通过O型圈的回弹力传递到方型圈与缸壁之间的接触表面，从而防止了气体从方型圈与缸壁接触表面流通.随着气体压力增加，气压把方型圈以及O型圈推向沟槽的一侧，使得方型圈和O型圈与密封沟槽壁面产生紧密的接触，O型圈因此发生大变形，并进一步挤压方型圈，使方型圈与缸壁接触面之间的接触压力进一步增加.随着气压的增加，接触压力同时增加. Glyd密封圈中不仅利用了O型圈自紧式密封的特性，更利用了方型圈与缸壁表面接触低摩擦的特点，使得Glyd密封圈具有许多优势，聚四氟乙烯与金属的摩擦系数是所有固体中最低，静摩擦和动摩擦几乎完全相等，因此其摩擦磨损小，使用寿

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航空发动机橡胶密封圈密封性能分析

航空发动机橡胶密封圈密封性能分析作者：董红莉李少龙来源：《科学与技术》 2019年第2期董红莉李少龙中国航发湖南动力机械研究所湖南株洲 412002 摘要：橡胶O形密封圈在航空发动机密封系统中起到了非常重要的作用。按照标准设计了密封结构的尺寸并建立数学模型，通过Mooney-Rivlin本构模型描述了橡胶的力学行为，利用有限元分析软件ABAQUS建立了有限元模型，分析了O形密封圈在静态径向密封的应用场合下，工作压力、拉伸率、压缩率及摩擦系数对密封性能的影响。关键词：O形密封圈；数学模型；有限元分析；密封性能橡胶O形密封圈由于其材料性能优异、设计制造简单、密封可靠性好，已成为使用频率最高、应用范围最广的密封件。在航空发动机中，橡胶O形密封圈也是最常用的密封件之一。由于橡胶O形密封圈在实际工作过程中，涉及到流体力学、材料学、摩擦学及制造工艺等多个学科的综合作用，难以通过理论公式对其密封性能进行分析。目前，航空行业标准中仅通过橡胶O形密封圈的截面直径、内径与对象件沟槽尺寸的配合关系计算其压缩率、拉伸率，从而为O形密封圈的结构设计奠定基础，但在实际工况条件下，影响橡胶O形密封圈密封性能的影响因素是很多的，如压力、摩擦性能等。 O形密封圈用于密封航空发动机内存在的气体（空气、热燃气等）和液体（润滑油、燃油、液压油等），密封圈失效会严重影响发动机的性能，这对密封系统提出了很高的要求，所以需要对O形密封圈的设计技术进行深入的研究。 1 概述航空发动机所用O形密封圈的材料主要是氟橡胶、氟硅橡胶和硅橡胶等几种高分子超弹性材料，密封圈受到密封槽和孔壁的挤压作用后发生弹性变形，在接触的密封面上产生一定的接触应力从而实现了密封功能。以内径为11.2mm、截面直径为2mm、氟橡胶FX-17材料、硬度HRA 79±5的O形密封圈为研究对象，建立密封系统的数学模型和有限元分析模型，对O形密封圈在不同工作压力、不同拉伸率、不同压缩率及不同摩擦系数等工作条件下的密封性能进行研究，为密封圈在工况下的设计和使用提供一定的依据。 2 分析模型建立 O形密封圈是典型的挤压型密封零件，在设计O形密封圈时，拉伸率和压缩率是两个非常重要的指标参数。O形密封圈要达到良好的密封效果，就要选择合适的拉伸率和压缩率，拉伸率过小可导致O形密封圈安装不稳，拉伸率过大可导致O形密封圈断裂或承受较高的内应力而过早失效；压缩率过小，可造成密封面的接触压力不够导致泄露问题发生，压缩率过大可导致 O形密封圈破裂[1]。要保证航空发动机密封系统的可靠性，与拉伸率和压缩率相关的O形密封圈及其相配沟槽的尺寸设计就显得十分重要。 2.1 数学模型