深海高压环境下O形密封圈密封性能分析
海底电缆故障检测设备连接器的封装密封性能分析与改进
海底电缆故障检测设备连接器的封装密封性能分析与改进随着信息技术的发展，海底电缆作为连接互联网的重要基础设施之一，扮演着不可或缺的角色。
然而，由于长期受到海水的腐蚀和海底环境的恶劣条件，海底电缆故障检测设备连接器面临着封装密封性能的挑战。
本文旨在分析该连接器的封装密封性能，并提出改进措施，提升其可靠性和耐久性。
首先，我们需要了解海底电缆故障检测设备连接器的封装密封性能的重要性。
连接器作为电缆设备的核心部件之一，承担着连接传感器和测量仪器的重要任务，必须具备良好的封装性能。
海底环境中的高水压、潮湿以及海洋生物的腐蚀都对连接器的密封性能提出了严格要求。
一旦连接器的密封性能不达标，海水可能会侵入设备内部，导致故障或损坏。
为了分析连接器的封装密封性能，我们可以从材料选择、结构设计和密封测试等方面入手。
首先，材料的选择是保证连接器封装密封性能的关键。
海底电缆故障检测设备连接器的封装通常采用耐海水腐蚀的特殊材料，例如高分子聚合物和氧化铝等。
这些材料具有良好的耐腐蚀性和机械强度，能够有效抵御海水的侵蚀和外力的影响。
同时，材料的硬度和弹性也需要兼顾，以确保连接器在海底环境中的长期使用不会发生变形或破损。
其次，连接器的结构设计对封装密封性能有直接影响。
连接器的内部结构应设计为合理紧凑，以减少密封部件之间的间隙，确保密封性能的可靠性。
在连接器的接口设计上，应采用密封环或O型密封圈等密封件，以阻止海水侵入。
同时，连接器的螺纹接口需要设计为防水螺纹，以增强连接器与电缆之间的密封性能。
最后，密封测试是评估连接器封装密封性能的重要手段。
通过对连接器进行压力测试和水密测试，可以检测连接器的封装性能是否达到设计要求。
压力测试可以模拟海底环境的高水压条件，检测连接器在高压下的密封性能。
水密测试则可以检测连接器是否存在渗漏问题。
通过密封测试，可以发现连接器中密封部件的不足之处，为改进提供依据。
为改进连接器的封装密封性能，我们可以考虑以下措施：首先，优化连接器的结构设计。
普通O形圈在超高压密封中的应用
普通O形圈在超高压密封中的应用核心提示：该文以“弹体耐超高压自动检测系统设计”为例,针对实际超高压密封难的问题,提出使用普通O形橡胶圈解决问题的新方案。
张梅1,费业泰2,金施群2(1.安徽大学电子科学与技术学院,安徽合肥230039;2.合肥工业大学仪器科学与光电技术学院,安徽合肥230009)摘要:超高压密封问题是工业中的一个很棘手的难题。
而对于压力容器等安全性要求很高的产品,除了要实现设计功能外,还要注意安全。
该文以“弹体耐超高压自动检测系统设计”为例,针对实际超高压密封难的问题,提出使用普通O形橡胶圈解决问题的新方案。
重点讨论了在设计时如何进行O形圈结构尺寸、材料的选择、沟槽尺寸的确定以及要注意的问题。
试验结果表明,这种方法简单、实用、高效,同时也拓宽了普通O 形圈的使用范围。
关键词:超高压;密封;压力容器;橡胶中图分类号:TH136 文献标识码:B 文章编号:100024858(2006)11200652040 引言在液压系统及其元件中,设计、安置密封装置和密封元件的作用,在于防止工作介质的泄漏及外界尘埃和异物的侵入。
因此,密封件的选择及其密封效果直接影响到产品的性能。
在压力容器的质量检测中,水压试验是军品生产的一道关键工序,是检测弹体内腔与外部是否存在微孔,以免炮弹在炮膛内受冲击波影响而发生膛炸。
用于试验的水压机的设计既要解决被测弹体的定位问题,又要防止在加水压的过程中弹体被顶起来,从而影响测量结果和造成事故。
现要设计一台水压试验机,其技术要求为:水压应在控制范围10～46 MPa内可调,并且稳定在设定值精度±0.5 MPa;弹体内膛口径最小为34 mm,最大为130 mm,弹体高度最小为196 mm,最大为560 mm,设计时要考虑到足够的行程,有关零件要考虑到可换保压时间为10 s,精度±0.5 s;油压要保证在高压水下能压紧弹体;系统应能检测出弹体任何部位发生的渗漏现象,尤其是微渗现象;测试效率为1500～2000 p/6h。
介绍几种高压和超高压下的密封结构
介绍几种高压和超高压下的密封结构在高压和超高压条件下，密封结构的选择是至关重要的，以确保系统的可靠性和安全性。
以下是几种常见的高压和超高压密封结构。
1.活塞密封：活塞密封是一种常见的密封结构，在高压和超高压条件下被广泛使用。
此类密封结构通常包括活塞、活塞环和密封环。
活塞环负责密封活塞与缸体之间的间隙，而密封环则负责密封活塞和固定部件之间的间隙。
活塞密封结构适用于往复运动的系统，能够提供较好的密封性能。
2.增压式密封：增压式密封结构利用高压力作用在密封界面上，通过增加密封界面的压力来提高密封性能。
这种密封结构常用于高压液体的密封，例如液压系统或混合物料的密封。
增压式密封结构的关键在于对密封环材料和密封设计的选择，以确保密封环能够承受高压力并保持良好的密封性能。
3.波纹管密封：波纹管密封是一种适用于高压和超高压下的密封结构。
波纹管通过将金属管的一侧压扁成波纹状，形成柔性密封结构。
当波纹管受到外部压力时，波纹管会产生形变，从而实现密封。
波纹管密封结构具有较好的耐压性能和耐磨性，适用于高压和超高压流体的密封。
4.O型密封圈：O型密封圈是一种常见的密封结构，广泛应用于高压和超高压系统中。
O型密封圈由橡胶制成，具有良好的弹性和密封性能。
当O型密封圈装入密封槽时，它可以在压力的作用下变形填补密封槽和配件间的间隙，实现有效的密封。
O型密封圈适用于静态和动态密封，如液压缸、阀门和管接头等。
5.膨胀式密封：膨胀式密封结构利用材料的膨胀特性来实现密封。
当材料受到高压力作用时，会膨胀填补密封间隙，形成有效的密封。
常见的膨胀式密封材料包括金属、橡胶和聚合物等。
膨胀式密封结构适用于高温和高压条件下的密封应用，如热交换器、管道连接等。
总之，高压和超高压下的密封结构应根据具体的应用场景和要求进行选择。
了解不同密封结构的特点和适用条件，可以提高系统的安全性和可靠性。
O型橡胶密封圈高压氢气环境中特性表征
O型橡胶密封圈高压氢气环境中特性表征周池楼;陈国华【摘要】高压氢系统中橡胶O型圈密封结构直接与高压高纯氢气接触,常会发生氢的侵入和溶解继而造成橡胶溶胀,但吸氢膨胀对其密封性能的影响鲜有报道.为解决这一问题,提出了耦合氢致应变的橡胶超弹性本构模型;然后基于有限元软件ABAQUS,通过编写用户材料子程序(UMAT),建立了考虑吸氢膨胀效应的高压氢气橡胶O型圈密封有限元模型,同时对模型进行了验证.并基于该模型研究了吸氢膨胀对高压氢气下橡胶O型圈密封特性的影响.结果表明:吸氢膨胀提高了密封面上的接触应力,利于密封条件的形成;但同时也增加了O型圈截面的高度和面积以及O型圈的Mises应力,加剧了橡胶O型圈出现裂纹的倾向,降低了密封可靠性.在设计高压氢气橡胶O型圈密封结构的预压缩率和沟槽高度时应充分考虑吸氢膨胀效应的影响,以避免出现O型圈应力过大或挤出失效.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)008【总页数】8页(P3557-3564)【关键词】氢;密封;橡胶O型圈;吸氢膨胀;力学性能;数值模拟【作者】周池楼;陈国华【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510641【正文语种】中文【中图分类】TB42引言氢能具有来源多样、洁净环保、可储存、可再生等优点，被誉为21世纪重要的清洁能源，备受各国广泛关注与支持[1-3]。
高压储氢、输氢因具有设备结构简单、压缩氢气制备能耗低、充装和排放速度快等优点成为目前极具商业应用前景的氢能储输方式[4-6]。
其中，橡胶O型密封圈常用作高压氢系统的密封部件[7-8]，其密封性能是确保高压氢系统安全可靠运行必须关注的重点。
高压氢系统中橡胶O型圈直接与高压、高纯氢气接触，此过程将会发生氢的吸附、侵入、溶解和扩散，溶解在橡胶O型圈内部的氢将会导致其体积发生明显增加造成橡胶的溶胀（即吸氢膨胀现象）[9]。
o 型密封圈在极端操作条件下的故障机理
o 型密封圈在极端操作条件下的故障机理O型密封圈常被用于工业机械和设备中，以防止液体或气体泄漏。
在极端的操作条件下，O型密封圈可能会出现故障，导致泄漏和机械故障。
本文将讨论O型密封圈在极端操作条件下的故障机理。
O型密封圈是一种环形密封件，具有圆形横截面。
它通常由橡胶或塑料等弹性材料制成，用于填充两个或多个零件之间的空隙。
当两个零件连接在一起时，O型密封圈被压缩，产生密封效果，防止液体或气体泄漏。
1. 弹性材料劣化O型密封圈通常由弹性材料制成，如橡胶或塑料。
在极端的操作条件下，这些材料容易发生氧化、硬化和分解，导致密封圈的劣化和失效。
在高温环境下，密封圈的弹性将受到影响，可能会发生永久性变形或裂纹。
2. 压缩不足O型密封圈的压缩程度很重要，如果压缩不足，密封效果将不完全。
在极端操作条件下，需要特别注意密封圈的压缩量。
如果压缩不足，密封圈将无法正常工作，从而导致泄漏和损坏零件。
3. 化学腐蚀某些化学物质对O型密封圈的材料具有腐蚀作用，例如酸、碱、溶剂等。
当密封圈暴露在这些化学物质中时，会导致材料的劣化和失效，从而导致泄漏和机械故障。
4. 磨损在长时间的使用中，O型密封圈可能会出现磨损，导致密封效果下降和泄漏增加。
这可能是由于材料劣化、压缩不足、过度磨损或挤压等原因导致的。
1.选择适当的材料在极端操作条件下，需要选择适当的材料以提高O型密封圈的耐久性和弹性。
在高温环境中，应选择具有较高耐热性的材料，如硅橡胶。
2.掌握正确的安装方法O型密封圈的安装方法对密封效果有很大影响。
应确保密封圈正确安装和压缩，避免过度或不足压缩，确保密封效果完好。
3.进行定期检查和更换O型密封圈应定期检查和更换，以确保其正常工作。
一般建议每6个月至1年更换一次密封圈，具体时间取决于使用环境和使用频率。
O型密封圈在极端操作条件下容易出现故障，导致泄漏和机械故障。
在使用和安装密封圈时，应注意选择适当的材料、正确的安装方法和定期检查和更换，以保证其正常工作。
O 型橡胶密封圈高压氢气环境中特性表征
ZHOU Chilou, CHEN Guohua
. All Rights Reserved. (School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, Guangdong, China)
摘要：高压氢系统中橡胶 O 型圈密封结构直接与高压高纯氢气接触，常会发生氢的侵入和溶解继而造成橡胶溶
胀，但吸氢膨胀对其密封性能的影响鲜有报道。为解决这一问题，提出了耦合氢致应变的橡胶超弹性本构模型；
然后基于有限元软件 ABAQUS，通过编写用户材料子程序（UMAT），建立了考虑吸氢膨胀效应的高压氢气橡胶
Key words: hydrogen；seal；rubber O-ring；swelling；mechanical properties；numerical simulation
2017-12-27 收到初稿，2018-04-22 收到修改稿。 联系人：陈国华。第一作者：周池楼（1987—），男，博士后。 基金项目：国家自然科学基金项目（51705157）；中国博士后科学基 金 项 目 （ 2016M602467 ）； 中 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 资 金 项 目 （2017BQ074）。
气橡胶 O 型圈密封结构的预压缩率和沟槽高度时应充分考虑吸氢膨胀效应的影响，以避免出现 O 型圈应力过大
或挤出失效。
关键词：氢；密封；橡胶 O 型圈；吸氢膨胀；力学性能；数值模拟
中图分类号：TB 42
文献标志码：A
文章编号：0438—1157（2018）08—3557—08
Characterization of rubber O-ring seal in high-pressure gaseous hydrogen
o型橡胶密封圈的特点及应用范围
o型橡胶密封圈的特点及应用范围
O型橡胶密封圈由一个低磨擦的填充聚四氟乙烯(PTFE)环和O形橡胶密封圈组合而成，O形圈提供足够的密封预紧力，并对PTFE环的磨耗起补偿作用。
PTFE摩擦系数小，动静摩擦系数相近。
适用于高低速往复运动及高压系统的油缸活塞杆密封。
采用两个阶梯圈密封，可达到零泄露。
一、O型橡胶密封圈的特点：
1、结构简单、密封性能好，O型橡胶密封圈断面结构极其简单，且有自密封作用，密封性能可靠。
2、安装方便由于O型橡胶密封圈本身及安装部位结构都极其简单，且已形成标准化，因此安装更换都非常容易。
3、适用范围广通过选用合适的橡胶材料和适当的配方设计，实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。
温度使用范围广-60℃~+220℃)，固定使用时压力可达1500Kg/cm2(与补强环并用)。
4、种类丰富适合各种用途材料，尺寸和沟槽都已标准化。
二、O型橡胶密封圈的应用范围：
O型橡胶密封圈广泛用于内燃机车、汽车、拖拉机、工程机械、机床及各种液压气动元件等密封，可承担固定、往复和旋转运动的密封，在机械产品的密封中O型橡胶密封圈占50%以上。
根据需要，可生产用于耐高温、低温真空、高压和不同介质的各种特殊用途密封圈及异形橡胶密封制品。
o 型密封圈在极端操作条件下的故障机理
o 型密封圈在极端操作条件下的故障机理1. 引言在许多工业领域，o 型密封圈被广泛应用于各种设备和系统中，用于防止液体或气体的泄漏。
然而，在极端操作条件下，o 型密封圈可能会出现故障，导致泄漏和系统失效。
本文将探讨 o 型密封圈在极端操作条件下发生故障的机理，并提出一些解决方案以改善其性能。
2. o 型密封圈的基本结构和原理o 型密封圈通常由弹性材料制成，具有环形截面。
其基本原理是通过填补或填充密封间隙，实现密封效果。
o 型密封圈通常被压缩至适当的尺寸，从而产生密封力并保持接触压力。
在正常操作条件下，o 型密封圈能够保持良好的密封性能。
3. 极端操作条件对 o 型密封圈的影响3.1 高温在高温环境下，o 型密封圈的材料可能会发生热膨胀，导致尺寸变大，从而降低了其密封性能。
此外，高温还会使密封材料变硬和失去弹性，使得 o 型密封圈难以适应和填补密封间隙，从而导致泄漏。
3.2 低温在低温环境下，o 型密封圈的材料会变得脆性，容易发生裂纹和断裂。
此外，低温还会降低密封材料的弹性模量，导致 o 型密封圈无法提供足够的密封力。
3.3 高压在高压环境下，o 型密封圈会受到较大的压缩力，从而导致其变形和失去弹性。
此外，高压还会使得 o 型密封圈的截面分布不均匀，产生应力集中，增加了密封圈发生泄漏的风险。
3.4 高速和振动在高速和振动的工作环境下，o 型密封圈容易发生磨损和疲劳断裂。
高速和振动会使 o 型密封圈受到频繁的拉伸和压缩应力，从而降低其寿命和密封性能。
4. 解决 o 型密封圈故障的方法4.1 选择合适的材料应根据工作环境的要求选择合适的 o 型密封圈材料。
对于高温环境，应选择耐高温的材料，如聚四氟乙烯或硅胶。
对于低温环境，应选择具有良好低温韧性的材料，如氟橡胶。
对于高压、高速和振动环境，应选择具有较高弹性模量和耐磨性能的材料。
4.2 优化密封设计合理的密封设计可以减少 o 型密封圈的受力和变形。
例如，在高压环境下，可以采用多个 o 型密封圈叠加的方式来均匀分布密封力。
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深海高压环境下O形密封圈密封性能分析樊智敏; 李龙; 王启林【期刊名称】《《机电工程》》【年(卷),期】2019(036)002【总页数】5页(P131-135)【关键词】密封壳体; O形密封圈; 非线性有限元; 接触应力【作者】樊智敏; 李龙; 王启林【作者单位】青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061【正文语种】中文【中图分类】TH136; TH145.4+1; TB420 引言因结构简单、密封能力好等优点，O形密封圈被广泛应用于海洋设备中。
与普通工况相比，海洋环境中设备下潜深度每增加100 m，其压力增加约1 MPa，5 000 m深时压力高达约50 MPa。
因此，深海环境中的O形密封圈需要承受巨大的介质压力，受挤压变形更加明显，内部应力更加集中，甚至因压力过大造成疲劳破坏。
保证O形密封圈在深海环境密封要求和设备的安全是人们研究的重点。
很多学者针对O形密封圈的变形问题展开了研究。
钟亮等[1]利用Abaqus有限元分析软件分析了初始压缩率、介质压力、摩擦系数以及运动速度对O形密封圈密封性能的影响，得出了各个因素对O形密封圈密封性能的影响关系；张婧等[2]分析了在空气介质中O形密封圈截面尺寸、内径、压缩率等与接触应力的关系，并用统计分析法得到了回归方程；刘健等[3]利用有限元软件对O形密封圈的材料特性及压缩率进行了模拟研究，得出不同材质、不同压缩率对接触应力的影响；王国志等[4]针对深海高压特殊环境，将现有O形圈密封结构进行了改进和优化使其在海下具有更好的密封性能。
以上研究大多在介质压力小于15 MPa，且压力变化范围较窄的工况下进行的分析，分析结果易收敛、分析类型较单一，未对不同硬度的O形密封圈加以分析比较。
顾东升等[5]通过实验方法测量了O形密封圈在不同压缩率、不同介质压力下的接触应力，得出了接触应力与压缩率和介质压力的关系；周博等[6]通过实验的方法对深海环境下3种不同密封材料进行了轴向压缩实验，结果表明高压环境下的密封结构仍可以按常压密封结构进行设计，但实验的方法周期较长、成本较高，且不同工况、不同参数的分析结果对比困难。
本文将以截面直径为5.3 mm的O形密封圈为例，对不同压缩率、不同硬度、高介质压下的O形密封圈进行密封性能分析，讨论不同工况下O形密封圈的变形情况及密封能力，旨在为设计人员提供参考。
1 O形密封圈模型1.1 数学模型由于橡胶是超弹性材料，其仿真分析属于典型的非线性问题。
针对橡胶的本构关系，各国学者提出了不同的本构模型，由于Mooney-Rivlin模型更接近橡胶材料的实际情况，应用最为广泛，本文确定以Mooney-Rivlin模型为O形密封圈非线性有限元分析模型。
Mooney-Rivlin模型将应变能密度表示成变形张量不变量的级数形式[7]，其表达式为：(1)式中：W—应变能密度函数；I1，I2—第一、第二Green应变不变量；Cij—Rivlin系数。
由于常数测量具有一定的难度，实际应用中，结合有限元分析软件给定的含有2个材料常数的应变能函数，令N=1，其表达式为：W=C10(I1-3)+C01(I2-3)(2)式中：C01，C10—Rivlin系数。
由于橡胶材料被近似看为不可压缩，本研究取泊松比值μ≈0.5。
其弹性模量E0和剪切模量G满足下列关系式[8]：=G=2(C10+C01)(3)再根据橡胶材料硬度HA与弹性模量E0的实验数据，拟合关系式如下[9]：(4)4C01=C10(5)求解式(3～5)便可求得C01，C10的值。
由于深海环境下低温、腐蚀性等特点，本文选取O形密封圈的材料为丁腈橡胶，其邵氏硬度在20HA～90HA之间[10]。
笔者选取材料硬度为70HA、75HA、80HA、85HA、90HA作为本文研究对象，结合式(4,5)得到其性能参数，如表1所示。
表1 丁腈橡胶性能参数硬度/HA7075808590E0/MPa5.5417.089.38813.23320.92C10/MPa0.7390.9441.2521.762.79C01/MPa0.1850.2360.3130.440.6981.2 实体模型本文所选O形密封圈截面直径为5.3 mm，以此为例进行实体建模，密封槽有关尺寸参考文献[11]设计。
由于密封圈、密封沟槽、所受载荷皆为对称性质，建模时将三维模型简化为二维模型[12]。
其二维模型如图1所示。
图1 O形密封圈实体模型因为O形密封圈材料弹性模量远小于密封槽材料弹性模量，在进行有限元分析时将密封槽假设为刚体，视为O形密封圈的边界约束。
在实际分析过程中本研究将O形密封圈表面设置为接触面，密封槽与密封端盖面为目标面，接触类型设置为摩擦接触，摩擦因数取0.15。
此外，理论上密封槽端盖与密封槽之间为无缝接触[13]，在实际生产过程中由于加工误差，安装条件等外在原因，密封槽端盖与密封槽之间存在间隙，本文假设安装间隙为0.02 mm。
2 计算结果与分析本文分别分析O形密封圈在不同的初始压缩率(15%、17%、19%、21%)、不同硬度(70 HA、75 HA、80 HA、85 HA、90 HA)、不同介质压力(5 MPa、10 MPa、30 MPa、40 MPa)时，O形密封圈的应力分布及变形情况。
2.1 不同压缩率下应力分布及变形根据国际标准ISO 3601-2.2008提供的O形密封圈所允许的初始压缩率范围，对直径为5.3 mm时，本研究选取硬度为70 HA，初始压缩率为15%、17%、19%、21%的O形密封圈进行压缩变形分析。
其应力分布及变形结果如图2所示。
图2 应力分布及变形图由图2可以看到：在预压缩状态下，O形密封圈内部区域会出现应力集中。
初始压缩率在增加过程中，应力集中区域会不断增大，且呈现从两边向中心区域扩张趋势。
为更加直观描述压缩率不同对O形密封圈初始状态变化的影响，绘制不同压缩率下的最大Von-Mises应力和接触应力折线图，如图3所示。
图3 应力大小折线图由图3可以看出：随着初始压缩率的提高，最大Von-Mises应力和最大接触应力均出现增大趋势。
初始压缩率变大，O形密封圈与密封端盖间最大接触应力亦变大，意味着承受外部介质压力的能力提高。
压缩率变大，虽然会提高O形密封圈的密封能力，过大的压缩率会加快O形密封圈的永久变形，使其丧失密封能力。
因此，在保证密封的情况下压缩率选择应尽量小[14-15]。
2.2 材料硬度对密封性能影响为探究材料硬度对O形密封圈密封能力的影响，分析压缩率19%、无介质压力状态下，不同硬度的O形密封圈Von-Mises应力和最大接触应力，如图4所示。
图4 应力大小折线图由图4可看出：压缩率一定时，O形密封圈材料硬度越大，其最大Von-Mises应力和最大接触应力越大，由于O形密封圈有良好的自密封机理[16]，接触应力增大意味着密封能力的提高。
将材料硬度80 HA提高到硬度为90 HA时，O形密封圈的最大接触应力增大较快，表明其密封能力在此范围内提高较明显。
因此，应对深海高压环境时，密封装置所选密封圈材料硬度在80 HA～90 HA之间时密封效果更为理想。
2.3 介质压力不同时应力分布及变形模拟海洋环境中，O形密封圈在不同介质压力下的变形，旨在探索O形密封圈所能承受的最大压力。
仿真过程分两个载荷步进行：第一个载荷步模拟O形密封圈安装过程，使密封端盖左移一定距离，观察O形密封圈变形情况；第二个载荷步在O形密封圈受压测对O形密封圈在实际工况中与海水接触的部分分别施加5 MPa、10 MPa、30 MPa、40 MPa均布压力，分析O形密封圈的应力分布和变形。
同时选取压缩率为19%，硬度为90 HA作为常量。
其分析结果如图5所示。
图5 应力分布及变形图比较图5可看出：在介质压力不断增大过程中，O形密封圈应力集中区域逐渐由中心部位向图中右上角安装间隙处移动，这也反映随着介质压力不断增大，O形密封圈被挤压变形，不断向安装间隙处移动的过程。
当介质压力达到40 MPa时，应力集中部分已经从O形密封圈内部移到了边缘处，此时O形圈已经产生较大变形，其接触应力在50 MPa以上，仍大于介质压力。
通过比较O形密封圈的变形、最大接触应力，结合橡胶材料的物理性能，可以推断此O形密封圈在40 MPa以下的深海环境中还具有良好的密封性能。
超过45 MPa时，O形密封圈被挤压变形严重，边缘应力集中明显，剪应力急剧增大，会出现间隙咬伤等永久性损伤。
某公司深海设备在大洋4 000 m(压力约40 MPa)水深下使用同规格O形密封圈的成功案例也证实了本文的分析。
其详细参数如表2所示。
表2 产品参数名称直径/mm长度/mm最大水深/m外壳材料KNDDR-1050402304000钛合金2.4 O形密封圈失效分析及密封能力预测判断O形密封圈失效的方法和依据，目前理论分析通常将最大接触应力与介质压力比较，当最大接触应力大于介质压力时，密封圈正常工作，反之密封圈泄露失效。
但是在实际操作中密封圈的失效形式多种多样，如O形密封圈被挤出、O形密封圈发生永久变形、被间隙咬伤等。
因此，在实际使用前应对不同工况下所需要O形密封圈的密封性能进行合理的计算，以满足密封要求，保证设备在水下的正常运转。
结合上文提到的深海环境中，所用橡胶圈硬度为80HA～90HA最为合适，本研究用非线性有限元分析方法，将硬度为80HA、90HA的O形密封圈作为研究对象，通过在不同工况下施加不同压力，比较O形密封圈最大接触应力、最大切应力及变形情况，基于最大接触压力小于所施加介质压力，或当材料的切应力大于许用切应力时O形密封圈失效的判断准则[17]，对两种材料硬度、不同压缩率下所能承受的最大介质压力进行预测。
可承受最大介质压力图如图6所示。
图6 可承受最大介质压力图3 结束语本文对不同压缩率、不同硬度、高介质压力下的O形密封圈进行了密封性能分析，讨论了不同工况下O形密封圈的变形情况及密封能力，结论如下：(1)不同压缩率下，O形密封圈密封能力不同，随着压缩率增大，密封能力随之提高，用于海洋设备中的O形密封圈在安装时应随着深度增加适当增大初始压缩率；(2)不同硬度的O形密封圈的密封能力差别较大。
深海高压环境下，选择材料硬度在80HA～90HA之间的O形密封圈较为理想，可以承受较大的压力；(3)随着介质压力增大，O形密封圈的应力集中区域也在不断变化，在较小的介质压力下，应力主要集中在O形密封圈内部靠近中心位置，当介质压力增大，应力集中区域逐渐向非受压端的密封间隙处移动，当介质压力过大时，O形密封圈在受到剪切力作用下容易撕裂破坏；(4)经分析，深海高压环境中，密封设备选用材料为丁腈橡胶，硬度为90HA，初始压缩率为21%的O形密封圈可以满足50MPa高压力的密封要求。