机车车辆中常用橡胶件的有限元分析
西南交通大学
硕士学位论文
机车车辆中常用橡胶件的有限元分析
姓名：左亮
申请学位级别：硕士
专业：车辆工程
指导教师：肖绯雄
20080601
橡胶材料种类性能表
橡胶材料种类性能表 序 号 橡胶种类主要材料优点劣势适用范围使用温度 1 天然橡胶 （NR）异戊二烯聚合 物 优良的回弹性，拉 伸强度、伸长率、 耐磨性，撕裂和压 缩永久变形性能 不耐油，耐 天候、臭 氧、氧的性 能较差 制作轮胎、减 震零件、缓冲 绳和密封零件 -60～100℃ 2 丁苯橡胶 （SBR）丁二烯与苯乙 烯的共聚物 含10％苯乙烯的 丁苯-10有良好寒 性，含30％苯乙 烯的丁苯-30耐磨 性优良 耐油、耐老 化性能较差 制作轮胎和密 封零件 -60～120℃ 3 丁二烯橡 胶（BR）丁二烯聚合物常用的顺丁二烯橡 胶，耐寒、耐磨及 回弹性能较好 制品不耐 油，不耐老 化 适于制作轮 胎、密封零 件、减震零 件、胶带和胶 管等制品 -70~100℃ 4 氯丁橡胶 （CR）氯丁二烯聚合 物 耐天候，耐臭氧老 化，有自熄性，耐 油性能仅次于丁腈 橡胶，拉伸强度、 伸长率、回弹性优 良，与金属和织物 粘结性很好 制品不耐合 成双酯润滑 油及磷酸酯 液压油 适于制作密封 圈及密封型 材、胶管、涂 层、电线绝缘 层、胶布及配 制胶粘剂等 -35～130℃ 5 丁腈橡胶 （NBR）丁二烯丙烯腈 的共聚物 一般含丙烯腈 18％、26％或 40％，含量愈高， 耐油、耐热、耐磨 性能愈好，但耐寒 性则相反。含羧基 的丁腈橡胶，耐 磨、耐高温、耐油 性能优于丁腈橡胶 制品不耐天 候、不耐臭 氧老化、不 耐磷酸酯液 压油 丁腈橡胶适于 制作各种耐油 密封零件、膜 片、胶管和软 油箱 -55～130℃ 6 乙丙橡胶 （EPM、 EPDM ）乙烯、丙烯的 二元共聚物 （EPM）或乙 烯、丙烯、二 烯类烯烃的三 元共聚 （EPDM） 耐天候、耐臭氧老 化，耐蒸汽、磷酸 酯液压油、酸、碱 以及火箭燃料和氧 化剂，电绝缘性能 优良 品不耐石油 基油类 适于制作磷酸 酯液压油系统 的密封零件、 胶管及飞机、 汽车门窗密封 型材、胶布和 电线绝缘层 -60～150℃ 7 丁基橡胶 （IIR）异丁烯和异戊 二烯的共聚物 耐天候、臭氧老 化，耐磷酸酯液压 油，耐酸、碱、火 箭燃料及氧化剂， 制品不耐石 油基油类 适于制作轮胎 内胎，门窗密 封条，磷酸酯 液压油系统的 -60～150℃
各种橡胶性能一览表
各种橡胶性能一览表 Prepared on 24 November 2020
注：芳香烃溶剂对硅橡胶有影响，采用氟硅橡胶可获得良好的耐芳香烃性。 材质 Material 物性 Physical 天然 橡胶 (NR) Natu ral Rubb er 丁 苯 橡 胶 (SB R) 丁 基 橡 胶 (II R) But yl 三 元 乙 丙 橡 胶 EP D M 氯丁橡胶 (CR) Neoprene 丁 腈 橡 胶 (N BR )Nit rile 聚氨 脂 (PU) Uret hane 硅 (硅) 胶 (SR) Silic one 氯 磺 化 聚 乙 烯 胶 ( C S M
) H y p al o n PHYSI CALPR OPERT IES一般物性 比重 Specific Gravity 硬度范围 Hardness Rang(Sho re A°) 30- 100 35- 100 30- 90 30- 90 35-95 30- 100 55- 100 20- 90 4 0- 9 0 最大搞张 强度 Tensile Strength Max(psi 4000 300 250 300 3000 300 3000 1500 3 0 最大延伸 率 Elongatio n Max(% 750 600 700 600 600 600 750 800 6 0 回复力 Resilience E G P- F G G-E F-G F-E F-G F - G 压缩变形 Compress ion Set G F P- G G F-G G G-E G-E F - G 不透气性 Impermea blity to Gases F F E F F- G G P-F P-F G 抗屈曲龟 裂Flex Cracking Resistanc e F G G G G F G-E F-E G 抗撕裂性 Tear Strength E F G F- G F-G F-G E P-F F - G 耐磨性 Abrasion Resistanc e E G-E G G- E G-E G- E E P-F G - E 抗冲击强 度Impact Strength E E G G G-E F-G G-E P-G G
第18章 接触问题有限元分析技术
第18章接触问题的有限元分析技术 第1节基本知识 接触问题是一种高度非线性行为，需要较大的计算资源，为了进行准确而有效的计算，理解问题的特性和建立合理的模型是很重要的。 接触问题存在两个较大的难点：其一，在求解问题之前，不知道接触区域，表面之间是接触或分开是未知的、突然变化的，这些随载荷、材料、边界条件和其它因素而定；其二，大多数的接触问题需要计算摩擦，有几种摩擦和模型可供挑选，它们都是非线性的，摩擦使问题的收敛性变得困难。 一、接触问题分类 接触问题分为两种基本类型：刚体─柔体的接触和半柔体─柔体的接触。在刚体─柔体的接触问题中，接触面的一个或多个被当作刚体，（与它接触的变形体相比，有大得多的刚度），一般情况下，一种软材料和一种硬材料接触时，问题可以被假定为刚体─柔体的接触，许多金属成形问题归为此类接触；另一类，柔体─柔体的接触，是一种更普遍的类型，在这种情况下，两个接触体都是变形体（有近似的刚度）。 ANSYS支持三种接触方式：点─点、点─面和平面─面。每种接触方式使用的接触单元适用于某类问题。 二、接触单元 为了给接触问题建模，首先必须认识到模型中的哪些部分可能会相互接触，如果相互作用的其中之一是一点，模型的对立应组元是一个节点。如果相互作用的其中之一是一个面，模型的对应组元是单元，例如梁单元，壳单元或实体单元。有限元模型通过指定的接触单元来识别可能的接触匹对，接触单元是覆盖在分析模型接触面之上的一层单元。下面分类详述ANSYS使用的接触单元和使用它们的过程。 1．点─点接触单元 点─点接触单元主要用于模拟点─点的接触行为，为了使用点─点的接触单元，需要预先知道接触位置，这类接触问题只能适用于接触面之间有较小相对滑动的情况（即使在几何非线性情况下）。 如果两个面上的节点一一对应，相对滑动又以忽略不计，两个面挠度（转动）保持小量，那么可以用点─点的接触单元来求解面─面的接触问题，过盈装配问题是一个用点─点的接触单元来模拟面─与的接触问题的典型例子。 2．点─面接触单元 点─面接触单元主要用于给点─面的接触行为建模，例如两根梁的相互接触。 如果通过一组节点来定义接触面，生成多个单元，那么可以通过点─面的接触单元来模拟面─面的接触问题，面即可以是刚性体也可以是柔性体，这类接触问题的一个典型例子是
★★★装配体有限元分析
基于ANSYS WORKBENCH的装配体有限元分析 模拟装配体的本质就是设置零件与零件之间的接触问题。 装配体的仿真所面临的问题包括： （1）模型的简化。这一步包含的问题最多。实际的装配体少的有十几个零件，多的有上百个零件。这些零件有的很大，如车门板；有的体积很小，如圆柱销；有的很细长，如密封条；有的很薄且形状极不规则，如车身；有的上面钻满了孔，如连接板；有的上面有很多小突起，如玩具的外壳。在对一个装配体进行分析时，所有的零件都应该包含进来吗？或者我们只分析某几个零件？对于每个零件，我们可以简化吗？如果可以简化，该如何简化？可以删除一些小倒角吗？如果删除了，是否会出现应力集中？是否可以删除小孔，如果删除，是否会刚好使得应力最大的地方被忽略？我们可以用中面来表达板件吗？如果可以，那么，各个中面之间如何连接？在一个杆件板件混合的装配体中，我们可以对杆件进行抽象吗？或者只是用实体模型？如果我们做了简化，那么这种简化对于结果造成了多大的影响，我们可以得到一个大致的误差范围吗？所有这些问题，都需要我们仔细考虑。 （2）零件之间的联接。装配体的一个主要特征，就是零件多，而在零件之间发生了关系。我们知道，如果零件之间不能发生相对运动，则直接可以使用绑定的方式来设置接触。如果零件之间可以发生相对运动，则至少可以有两种选择，或者我们用运动副来建模，或者，使用接触来建模。如果使用了运动副，那么这种建模方式对于零件的强度分析会造成多大的影响？在运动副的附近，我们所计算的应力其精确度大概有多少？什么时候需要使用接触呢？又应该使用哪一种接触形式呢？ （3）材料属性的考虑。在一个复杂的装配体中所有的零件，其材料属性多种多样。我们在初次分析的时候，可以只考虑其线弹性属性。但是对于高温，重载，高速情况下，材料的属性不再局限于线弹性属性。此时我们恐怕需要了解其中的每一种材料，它是超弹性的吗？是哪一种超弹性的？它发生了塑性变形吗？该使用哪一种塑性模型？它是粘性的吗？它是脆性的吗？它的属性随着温度而改变吗？它发生了蠕变吗？是否存在应力钢化问题？如此众多的零件，对于每一个零件，我们都需要考察其各种各样的力学属性，这真是一个丰富多彩的问题。（4）有限元网格的划分。我们知道，通过WORKBENCH，我们只需要按一个按钮，就可以得到一个粗糙的网格模型。但是如果从HYPERMESH的角度来看，ANSYS自动划分的网格，很多都是不合理的，质量较差而不能使用。那么对于装配体中的每个零件，我们该如何划分网格？对于每一个零件，我们是否要对之进行切割形成规则的几何体后，然后尽量使用六面体网格？如果
常用橡胶的品种及使用温度
常用橡胶的品种，特性，用途 天然橡胶 -20～≤85℃ 丁腈橡胶 -20～≤82℃ 三元乙丙 -40～≤125℃ 聚四氟乙烯-50～≤150℃ 氟橡胶 -23～≤160℃ 橡胶品种（简写符号）化学组成性能特点主要用途 1．天然橡胶（NR）以橡胶烃（聚异戊二烯）为主，含少量蛋白质、水分、树脂酸、糖类和无机盐等。弹性大，定伸强度高，抗撕裂性和电绝缘性优良，耐磨性和耐旱性良好，加工性佳，易于其它材料粘合，在综合性能方面优于多数合成橡胶。缺点是耐氧和耐臭氧性差，容易老化变质；耐油和耐溶剂性不好，第抗酸碱的腐蚀能力低；耐热性不高。使用温度范围：约－60℃～＋80℃。 制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带、电线电缆的绝缘层和护套以及其他通用制品。特别适用于制造扭振消除器、发动机减震器、机器支座、橡胶－金属悬挂元件、膜片、模压制品。 2．丁苯橡胶（SBR）丁二烯和苯乙烯的共聚体。性能接近天然橡胶，是目前产量最大的通用合成橡胶，其特点是耐磨性、耐老化和耐热性超过天然橡胶，质地也较天然橡胶均匀。缺点是：弹性较低，抗屈挠、抗撕裂性能较差；加工性能差，特别是自粘性差、生胶强度低。使用温度范围：约－50℃～＋100℃。 主要用以代替天然橡胶制作轮胎、胶板、胶管、胶鞋及其他通用制品。 3．顺丁橡胶（BR）是由丁二烯聚合而成的顺式结构橡胶。优点是：弹性与耐磨性优良，耐老化性好，耐低温性优异，在动态负荷下发热量小，易于金属粘合。缺点是强度较低，抗撕裂性差，加工性能与自粘性差。使用温度范围：约－60℃～＋100℃。 一般多和天然橡胶或丁苯橡胶并用，主要制作轮胎胎面、运输带和特殊耐寒制品。 4．异戊橡胶（IR）是由异戊二烯单体聚合而成的一种顺式结构橡胶。化学组成、立体结构与天然橡胶相似，性能也非常接近天然橡胶，故有合成天然橡胶之称。它具有天然橡胶的大部分优点，耐老化由于天然橡胶，弹性和强力比天然橡胶稍低，加工性能差，成本较高。使用温度范围：约－50℃～＋100℃。 可代替天然橡胶制作轮胎、胶鞋、胶管、胶带以及其他通用制品。 5．氯丁橡胶（CR）是由氯丁二烯做单体乳液聚合而成的聚合体。这种橡胶分子中含有氯原子，所以与其他通用橡胶相比：它具有优良的抗氧、抗臭氧性，不易燃，着火后能自熄，耐油、耐溶剂、耐酸碱以及耐老化、气密性好等优点；其物理机械性能也比天然橡胶好，故可用作通用橡胶，也可用作特种橡胶。主要缺点是耐寒性较差，比重较大、相对成本高，电绝缘性不好，加工时易粘滚、易焦烧及易粘模。此外，生胶稳定性差，不易保存。使用温度范围：约－45℃～＋100℃。 主要用于制造要求抗臭氧、耐老化性高的电缆护套及各种防护套、保护罩；耐油、耐化学腐蚀的胶管、胶带和化工衬里；耐
O形橡胶密封圈配合挡圈密封的应力与接触压力有限元分析_
2009年 5月第 34卷第 5期 润滑与密封 LUBR I CATI O N ENGI N EER I N G May 2009 Vol 134No 15 收稿日期 :2008-11-26 作者简介 :饶建华 , 教授 , 从事机电一体化的教学和科研工作 . E 2mail:rao 2jh@1631com 1 O 形橡胶密封圈配合挡圈密封的应力与接触压力有限元分析 饶建华陆兆鹏 (中国地质大学湖北武汉 430074 摘要 :利用有限元分析软件 M SC . MARC 对 O 形橡胶密封圈与挡圈密封在不同压力下的应力与接触压力进行了有限元分析 , 探讨了不同压力下 O 形橡胶密封圈和挡圈柯西应力分布、接触压力与接触宽度的关系、 O 形橡胶密封圈与挡圈相互接触的弧长与油压及接触压力的关系。结果表明 O 形橡胶密封圈在配合挡圈的情况下的柯西应力主要集中于挡圈的右上部分及左下部分 ; O 形橡胶密封圈与挡圈的接触弧长开始随油压的增加而增长 , 最后保持一定值 ; O 形橡胶密封圈与挡圈的接触宽度与接触压力近似呈二次曲线。 关键词 :O 形橡胶密封圈 ; 挡圈 ; 应力分布 中图分类号 :T B42文献标识码 :A 文章编号 :0254-0150(2009 5-065-4 Fi n ite Ele ment Ana lysis of Stress and Cont act Pressure
of Rubber O 2sea li n g Ri n g R ao J ia nhua Lu (China University of Abstract:Based on finite element oft w are . contact p ressure of the rubber O 2sealing ring with back 2up ring . The Cauchy stress distribution, the relati onship be 2t ween contact relati onshi p of contact length bet ween rubber O 2sealing ring and back 2up ring and oil p p ressure were discussed . The results show that Cauchy stress concentrates on the right t op and the left bott om of the back 2up ring . The contact length bet ween rubber O 2sealing ring and back 2up ring becomes longer firstly with the increase of oil p ressure, then it keep s a certain value . The relati onship of contact width and contact p ressure bet ween rubber O 2sealing ring and back 2up ring is cl ose t o a conic . Keywords:rubber O 2sealing ring; back up 2ring; stress distribution O 形橡胶密封圈是一种小截面的圆环形密封件。其具有结构简单、体积小、密封可靠、价格便宜等特点 , 广泛应用于液压机械、汽车等领域。当 O 形橡胶密封圈配合挡圈使用后 , 工作压力可以大大提高。 陈国定等 [1] 进行了 O 形密封圈的有限元力学分析 , 得出了在 3MPa 油压作用下 O 形橡胶密封圈的变形图 , 以及轴和密封接触面间的接触压力及剪应力分布 状态。周志鸿等 [2] 进行了 O 形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析 , 得出了 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。他们文中都提到了在大油压压力作用下需要在 O 形橡胶密封圈一侧配备挡圈 , 目的是防止 O 形橡胶密封圈被挤出 , 但是使用挡圈为何可以防止 O 形橡胶密封圈被挤出没有一定的科学计算依据 , 使用挡圈后应力与接触压力的有限元分析尚未有人进行 , 所以 本文作者利用大型有限元分析软件 MSC 1MARC 对 O
橡胶的种类及作用用途型
橡胶的种类及用途 自己学习时整理的。 1.1天然橡胶（NR） 天然橡胶（NR）为异戊二烯聚合物。具有优良的回弹性，拉伸强度、伸长率、耐磨性，撕裂和压缩永久变形性能都优于大多数合成橡胶。适于制作轮胎、减震零件、缓冲绳和密封零件。不耐油，耐天候、臭氧、氧的性能较差。使用温度范围-60～100℃。 1.2 丁苯橡胶（SBR） 丁苯橡胶（SBR）为丁二烯与苯乙烯的共聚物。含10％苯乙烯的丁苯-10有良好寒性，含30％苯乙烯的丁苯-30耐磨性优良。适于制作轮胎和密封零件，制品耐油、耐老化性能较差。使用温度范围为-60～120℃。 1.4 氯丁橡胶（CR） 氯丁橡胶（CR）为氯丁二烯聚合物，耐天候，耐臭氧老化，有自熄性，耐油性能仅次于丁腈橡胶，拉伸强度、伸长率、回弹性优良，与金属和织物粘结性很好。适于制作密封圈及密封型材、胶管、涂层、电线绝缘层、胶布及配制胶粘剂等。制品不耐合成双酯润滑油及磷酸酯液压油。使用温度范围-35～130℃。 1.5 丁腈橡胶（NBR） 丁腈橡胶（NBR）为丁二烯丙烯腈的共聚物。一般含丙烯腈18％、26％或40％，含量愈高，耐油、耐热、耐磨性能愈好，但耐寒性则相反。含羧基的丁腈橡胶，耐磨、耐高温、耐油性能优于丁腈橡胶。丁腈橡胶适于制作各种耐油密封零件、膜片、胶管和软油箱。制品不耐天候、不耐臭氧老化、不耐磷酸酯液压油。使用温度范围-55～130℃。 1.6 乙丙橡胶（EPM、EPDM ）
乙丙橡胶为乙烯、丙烯的二元共聚物（EPM）或乙烯、丙烯、二烯类烯烃的三元共聚（EPDM）。耐天候、耐臭氧老化，耐蒸汽、磷酸酯液压油、酸、碱以及火箭燃料和氧化剂，电绝缘性能优良。适于制作磷酸酯液压油系统的密封零件、胶管及飞机、汽车门窗密封型材、胶布和电线绝缘层。制品不耐石油基油类。使用温度范围-60～150℃。 1.7 丁基橡胶（IIR） 丁基橡胶（IIR）为异丁烯和异戊二烯的共聚物。耐天候、臭氧老化，耐磷酸酯液压油，耐酸、碱、火箭燃料及氧化剂，具有优良的介电性能和绝缘性能，透气性极小。适于制作轮胎内胎，门窗密封条，磷酸酯液压油系统的密封零件、胶管，电线的绝缘层，胶布和减震阻尼器。制品不耐石油基油类。使用温度范围-60～150℃。 1.8氯磺化聚乙烯橡胶（CSM） 氯磺化聚乙烯橡胶（CSM）耐天候及臭氧老化，耐油性随其氯含量增加而增加，耐酸碱，适于制作胶布、车用空滤器联接套，散热器排水管、密封垫、电缆套管、防腐涂层及软油箱外壁。使用温度范围 -50～150℃。 1.9聚氨酯橡胶 聚氨酯橡胶为聚氨基甲酸酯。通常有聚酯型（AU）和聚醚型（EU）两种。具有优良伸强度、撕裂强度和耐磨性，耐油、耐臭氧极佳，也耐原子辐射。适于制作各种形状的密封能量吸收装置、冲孔模板、振动阻尼装置、机械支承垫片、柔性联接、防磨涂层、摩擦动力传动装置、胶辊等。使用温度范围-60～80℃。不宜与酯、酮、磷酸酯液压油、浓酸、碱、蒸汽等接触。 1.10 聚硫橡胶（T） 聚硫橡胶（T）为多硫烷烃聚合物，有固态聚硫橡胶和液态聚硫橡胶二种。耐油性好、耐天候老化，透气性小，电绝缘性亦佳。固态胶通常与丁睛橡胶并用制造燃
几种常用橡胶性能比较
几种常用橡胶性能比较 天然橡胶（NR） 天然橡胶由三叶树采集制成的弹性体，机械强度高、耐磨、耐压、伸长率高、弹性高、滞后损失小，能耐多次屈挠弯曲变形，适合纸厂、木业、家具、涂布、输送等胶辊应用。本厂天然橡胶分别使用印度尼西亚、泰国和海南三种产地，硬度可以在邵氏3 0～10 0 ° A调制。 丁腈橡胶（NBR） 首先由德国在30年代研制而成，因含丙烯腈，所以对矿物油、动植物油、液体燃料和脂肪族溶剂有较高的稳定性，耐油性是丁腈橡胶最大的特长。耐热性能好，能耐一般化学品优于通用橡胶。配合法国特种油膏，着墨性能优。广泛用于印刷类胶辊，配合耐酸碱物质、耐热剂，用于浆染、印染、砂辊。因耐磨性能比天然橡胶大30%左右，也是做其它滚轮比较理想的弹性体。采用的丁腈胶台湾南帝（NANCAR）系列、日本合成橡胶公司（JSR）系列，日本瑞翁公司丁腈橡胶，硬度可以在邵氏20～100 ° A调制。 三元乙丙橡胶（EPDM） 三元乙丙橡胶作为半通用合成橡胶，其使用温度范围-55～150℃之间。三元乙丙橡胶具有突出的耐臭氧性、耐侯性、耐水性、耐热性、耐蒸汽、耐化学药品（如氨水、酒精、双氧水、盐、硫酸、烧碱、石灰等）性能。适用于高要求的高速水墨印刷辊及化工、电镀、电子、纺织、染整、丝光和人造革类所用胶辊等使用。 氯丁橡胶（CR） 30年代美国公司生产的氯丁橡胶，改变了人们对橡胶易燃特点的看法，氯丁橡胶作为一种通用型特种橡胶，耐油性次于丁腈橡胶，优于通用橡胶，具有耐燃性、耐臭氧性、耐热老化性优异，耐化学品性能好，透气率小，其弹性与通用橡胶相当。适用于印刷类胶辊、耐碱类浆纱辊、浆染胶辊等使用。 氯磺化聚乙烯/海泊隆（CSM）
ABAQUS有限元接触分析的基本概念
ABAQUS有限元接触分析的基本概念2009-11-24 00:06:28 作者：jiangnanxue 来源：智造网—助力中国制造业创新—https://www.360docs.net/doc/8a13330872.html, CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis - cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization)，二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
各种橡胶特性(精)
1 、丁腈橡胶(NBR 基本特性: 1.1、因含有极性腈基,对非极性或弱极性的矿物油、动植物油、液体燃料和溶剂等有较高的稳定性。耐油性是其最大的特长, 丙烯含量愈高耐油性愈好。 1.2 、耐热性优于天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶,可在空气中 120 ℃下长期使用。 1.3 、气密性较好,仅次于丁基橡胶。 1.4 、耐寒性、耐低温性较差,丙烯腈含量愈高,耐寒愈差。 1.5 、因是非结晶性橡胶,生胶强度较低,须配入补强剂,提高结合丙烯腈量有助于增高强度和耐磨性,但弹性下降。 1.6 、丁腈胶的介电性能差一点,属于半导体橡胶。 1.7 、胶料的耐油性和永久变形的平衡,耐油性与电性能的平衡是重要的。 应用范围:主要用于制作耐油橡胶制品,广泛用于制造密封件、垫片、垫圈等模制品和压出制品,各种橡胶胶辊、耐油胶管、工业用品和粘合剂等等。 2 、丁基橡胶(IIR 基本特性 2.1 最大的特性是气体特定过性小,气密性好。 2.2 回弹性小,在较宽温度范围内(-30-+ 50 ℃均不大于 20% ,因而具有吸收振动和冲击能量的特性。 2.3 耐热老化优良,且有良好的耐臭氧老化、耐天候老化和对化学稳定性以及耐电晕性能与电绝缘性好。
2.4 耐水性好、水渗透率极低,因而适于做绝缘材料。 2.5 缺点是:硫化速度慢;粘合性和自粘性差;与金属粘合性不好;与不饱和性橡胶相容性差,不能并用。但可与乙丙橡胶和聚乙烯等共混并用。 应用范围:主要用于制造汽车轮胎内胎、汽车部件,硫化用胶囊、水胎、风胎,胶带、胶管、电线、电缆、包覆胶, 各种机械制品, 振动隔离件, 建筑用防水片材, 密封及填缝材料, 贮罐衬里,蜡添加剂和聚烯烃改性剂等。 3、三元乙丙橡胶(EPDM 基本特性: 3.1 三元乙丙橡胶的相对密度也小(0.85-0.86 ,仍具有二元乙丙橡胶的耐臭氧性、耐候性、耐热性和耐化学稳定性等特性。 3.2 可采用硫磺促进剂硫化体系硫化,也可以用有机过氧化物交联,而制得高强度的制品。 3.3 耐低温性好,电绝缘性能也好。 3.4 配合时有容纳高量填料和油类的承受能力。 3.5 可与不饱和橡胶、低不饱和橡胶和塑料相容并用。 3.6 由于硫化胶表面良好具有高的物性,适于制作发泡制品。 3.7 未硫化橡胶粘合性差。 应用范围:主要用于汽车工业、电线电缆工业、建筑和防水材料、工业橡胶制品、民用制品,与其它橡胶和塑料树脂等并用或共混,以及制作添加剂等等。 4 、硅橡胶(SILICONE 基本特性:
ABAQUS有限元接触分析的基本概念
CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS 建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis-cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surfacediscretization)，二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slavesurface)上的每个节点与该节点在主面(mastersurface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
橡胶密封圈三维接触问题的有限元分析
收稿日期:1999204213 ?结构分析? 橡胶密封圈三维接触问题的有限元分析 陈 宏 左正兴 廖日东 (北京理工大学,北京 100081) 摘 要 本文采用三维模型对橡胶密封圈进行了有限元分析,在讨论超弹性体材料接触 问题的前提下,研究了密封结构同轴度和橡胶圈安装扭曲对密封接触状态的影响.通过对 这些影响规律的分析,找出了造成密封失效的一些可能原因. 关键词 有限元法;橡胶圈;结构分析 1 引 言 O 形圈在安装和密封过程中的变形及应力可以采用轴对称网格模型进行有限元分析,通过数值分析能够得到结构参数对橡胶圈与沟槽接触及变形状况的影响规律,较之传统的经验设计方法具有很多优点[1].但是,二维轴对称有限元模型对于O 型圈在安装或密封中的一些非轴对称问题却无能为力,这些非轴对称问题包括扭曲问题和同轴度问题.本文采用三维有限元模型描述O 形橡胶圈与沟槽所构成的力学模型,分析研究了扭曲和同轴度对密封圈变形及受力影响,通过有限分析结果得出几点有参考意义的结论. 本文所分析的工程对象是12150柴油机油泵传动轴承密封结构,该结构的密封工况为静态密封.在实际产品中由于各种因素使得该密封经常失效,其中轴承与安装孔的同轴度和橡胶圈安装过程中的扭曲是造成严重泄漏的重要原因.通过采用本文的三维有限元分析方法,从数值上反映了这些因素对密封接触状态的影响. 2 有限元模型的建立 O 形圈密封结构三维有限元模型包括金属沟槽实体单元、橡胶结构实体单元和接触单元.在建立了几何模型之后,对实体单元进行网格划分,采用超弹性八节点六面体单元对O 形橡胶圈进行了映射式划分,其截面形态如图1所示,这样划分的结果能够保证截面单元具有良好的性态.根据产品生产单位提供的硅材料和试验数据,橡胶采用M ooney 2R ivlin 两项式应变能描述的超弹性材料,材料参数C 1为015516M Pa ,C 2为011739M Pa ,泊松比为01499. 采用线弹性八节点六面体单元对沟槽进行网格划分,单元材料为金属铝,材料弹性模量为71000M Pa ,泊松比为013.密封结构的三维有限元网格模型如图2所示. 对于不同的受力状况,O 形圈外表面任何一点都有可能与周围的密封沟槽发生接触,而接触单元的多少决定了计算规模的大小,因此需要根据具体问题建立接触单元.通过罚单元法求解接触问题时,划分接触单元必须要事先预计好可能发生接触的表面,划分单元时在适当 1999年第4期兵 工 学 报 坦克装甲车与发动机分册总第76期
ABAQUS有限元接触分析的基本概念
ABAQUS有限元接触分析的基本概念 来源：机械工业出版社《ABAQUS有限元分析常见问题解答》 CAE(计算机辅助工程)是一门复杂的工程科学，涉及仿真技术、软件、产品设计和力学等众多领域。世界上几大CAE公司各自以其独到的技术占领着相应的市场。ABAQUS有限元分析软件拥有世界上最大的非线性力学用户群，是国际上公认的最先进的大型通用非线性有限元分析软件之一。它广泛应用于机械制造、石油化工、航空航天、汽车交通、土木工程、国防军工、水利水电、生物医学、电子工程、能源、地矿、造船以及日用家电等工业和科学研究领域。ABAQUS在技术、品质和可靠性等方面具有卓越的声誉，可以对工程中各种复杂的线性和非线性问题进行分析计算。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》以问答的形式，详细介绍了使用ABAQUS建模分析过程中的各种常见问题，并以实例的形式教给读者如何分析问题、查找错误原因和尝试解决办法，帮助读者提高解决问题的能力。 《ABAQUS有限元分析常见问题解答》一书由机械工业出版社出版。 16.1.1 点对面离散与面对面离散 【常见问题16-1】 在ABAQUS/Standard分析中定义接触时，可以选择点对面离散方法(node-to-surface-dis- cre-tization)和面对面离散方法(surface-to-surface discretization)，二者有何差别? 『解答』 在点对面离散方法中，从面(slave surface)上的每个节点与该节点在主面(master surface)上的投影点建立接触关系，每个接触条件都包含一个从面节点和它的投影点附近的一组主面节点。 使用点对面离散方法时，从面节点不会穿透(penetrate)主面，但是主面节点可以穿透从面。 面对面离散方法会为整个从面(而不是单个节点)建立接触条件，在接触分析过程中同时考虑主面和从面的形状变化。可能在某些节点上出现穿透现象，但是穿透的程度不会很严重。 在如图16-l和图16-2所示的实例中，比较了两种情况。
常用橡胶性能一览表
常用橡胶性能一览表 橡胶材质概述特性用途 丁腈胶（NBR ） 由丁二烯与丙烯 腈经乳液聚合而得 的共聚物，称丁二 烯-丙烯腈橡胶， 简称丁腈橡胶。它 的含量是影响丁腈 橡胶性能的重要指 针。并以优异的耐 油性着称。 耐油性最好,对非极性和弱极性油类 基本不溶胀。 耐热氧老化性能优于天然、丁苯等 通用橡胶。 耐磨性较好，其耐磨性比天然橡胶 高30%-45% 。 耐化学腐蚀性优于天然橡胶，但对 强氧化性酸的抵抗能力较差。 弹性、耐寒性、耐屈挠性、抗撕裂 性差，变形生热大。 电绝缘性能差，属于半导体橡胶， 不宜作电绝缘材料使用。耐臭氧性能 較差。 加工性能較差。 用于制作接触油类 的胶管、胶辊、密 封垫圈、贮槽衬 里，飞机油箱衬里 以及大型油囊等。 可制造运送热物料 的运输带。 乙丙胶（EPD M） 是由乙烯、丙烯 为基础单体合成的 共聚物。橡胶分子 链中依单体单元组 成不同有二元乙丙 橡胶和三元乙丙橡 胶之分。 耐老化性能优异，被誉为“无龟 裂”橡胶。 优秀的耐化学药品性能。卓越的耐 水、耐过热水及耐水蒸气性。 优异的电绝缘性能。低密度和高填 充特性。乙丙胶具有良好的弹性和抗 压缩变形性。 不耐油。 硫化速度慢,比一般合成橡胶慢3-4 倍。 自黏性和互黏性都很差，给加工工 艺带来困难。 汽车零件:包括轮 胎胎侧及胎侧覆盖 胶条等。電氣製 品:包括高、中、 低壓電纜絕緣材料 等。工业制品:耐 酸、碱、氨、及氧 化剂等；各种用途 的胶管、垫圈；耐 热输送带和传动带 等。 建筑材料:桥梁工 程用橡胶制品，橡 胶地砖等。其它方 面:橡皮船、游泳 用气垫、潜水衣 等。其使用寿命比 其它通用橡胶高。
各种橡胶性能一览表
各种橡胶性能的比较表 天然橡胶NR 聚 戊 二 烯 橡 胶 IR 丁 苯 橡 胶 SBR 聚 丁 二 烯 橡 胶 BR 乙 丙 橡 胶 EP DM 丁 基 橡 胶 IIR 氯 丁 橡 胶 CR 丁 腈 橡 胶 NB R 聚 硫 橡 胶 PT R 硅橡 胶 Silico ne 聚 氨 酯 橡 胶 AU EU 抗张强度 （纯胶料）极 好 极 好 差差差 中 等 好差差差- 抗张强度 （补强胶料）极 好 极 好 好 - 极 好 好 好- 极 好 好 好 - 极 好 极 好 中 等 中等 好- 极 好 抗撕裂性 （冷）好 中 等 差 - 中 极 好 好好好 中 等 好中等好
等 （热）好好 中 等极 好 极 好 中 等 好差差差好 耐磨性 极 好好 好 - 极 好 极 好 极 好 中 等 - 好 极 好 极 好 中 等 中等 极 好 抗自然老 化性差差差 差 - 中 等 极 好 好 - 极 好 极 好 中 等 极 好 极好 极 好 抗氧化性好好好好 极 好好 - 极 好 好 中 等 极 好 极好 极 好 耐热性好好好好好 好 - 好好 中 等 极好 中 等-
极 好 好 低温屈挠性极 好 极 好 好 极 好 好 中 等 中 等 中 等 好极好 极 好 压缩变形中 等 - 好 中 等 - 好 差 - 中 等 好好 中 等 差 - 好 好 差 - 中 等 极好好 不渗透性 中 等好 中 等 差 - 中 等 差- 中 等 极 好 好 极 好 极 好 中等好 阻燃性差差差差差差 极 好 差差中等差 耐？性好好好好好 极 好好 中 等 好-好
耐酸性 （稀）好好 中 等 - 好 好好 极 好 极 好 好好好好 （浓）中 等 - 好 中 等 - 好 中 等 - 好 好好 极 好 好 中 等 差中等 中 等 电气性能好 - 极 好 好 - 极 好 好好 极 好 好 - 极 好 差 - 中 等 差好极好 好- 极 好 耐溶剂性 脂肪烃差差差差差差好 极 好极 好 好好 芳香烃差差差差差差中中极好差
常用密封件的分类及选型步骤
在机械设备中密封的功能是防止泄漏。起密封作用的零件称为密封件，简称密封。密封 件是机械产品中应用最广的零部件之一。在石油、石化、化工等的生产、加工、储运乃至销售环节，常常伴随着易燃、易爆、高温、高压、有毒有害和腐蚀等危险因素，机器及设备在使用中工作介质和润滑油的“跑、冒、滴、漏”，给生产带来了极大危害。 设备中的工作介质或润滑剂的泄漏，会造成浪费并污染环境，泄漏到环境中的物质一般 难以回收，严重污染了空气、水以及土壤。例如，很多化工厂区气味难闻，烟雾弥漫，对环境造成严重污染，严重危害职工的身体健康；易燃、易爆、剧毒、腐蚀性、放射性物质的泄漏，有可能发生着火、爆炸、中毒等事故，造成厂毁人亡，会危及人身及设备的安全：环境中的气体、灰尘、水等进入机械设备内会导致轴承、齿轮等过早地磨损报废，混入化工装置内会影响化工产品纯度；流体机械内部泄漏会影响容积效率等。随着生产装置的大型化，生产工艺向高温、高压、高速的方向发展，出现泄漏的机会越来越多，发生事故的危险越来越大，造成的经济损失也越来越大。往往一处管线、一台设备的泄漏就有可能导致一套装置，乃至全厂停产，还极可能会引起火灾、爆炸，造成人员伤亡等重大事故发生。因此，密封性能已成为评定机械产品质量的一个重要指标。 常用密封包括机械密封、液压与气动密封、垫密封、填料密封、胶密封、迷宫密封、螺旋密封、磁流体密封、高压密封等。 以下是我们在非标设备设计中需要常用到的一些密封件的选型步骤、设计技术要求等资料，各种常见密封的密封原理、基本结构、特点、使用性能、适用条件，如何根据使用条件，合理地选择密封材料、密封型式，正确进行密封结构的设计。 一、密封的分类 密封件可分为相对静止接合面间的静密封和相对运动接合面间的动密封两大类。静密封的密封部位是静止的，如管道法兰、螺纹连接、压力容器与盖间的密封等。动密封的密封部位有相对
几种常用橡胶性能比较
天然橡胶（NR ） 天然橡胶由三叶树采集制成的弹性体，机械强度高、耐磨、耐压、伸长率高、弹性高、滞后损失小，能耐多次屈挠弯曲变形，适合纸厂、木业、家具、涂布、输送等胶辊应用。本厂天然橡胶分别使用印度尼西亚、泰国和海南三种产地，硬度可以在邵氏3 0 ～10 0 ° A 调制。 丁腈橡胶（NBR ） 首先由德国在30年代研制而成，因含丙烯腈，所以对矿物油、动植物油、液体燃料和脂肪族溶剂有较高的稳定性，耐油性是丁腈橡胶最大的特长。耐热性能好，能耐一般化学品优于通用橡胶。配合法国特种油膏，着墨性能优。广泛用于印刷类胶辊，配合耐酸碱物质、耐热剂，用于浆染、印染、砂辊。因耐磨性能比天然橡胶大30% 左右，也是做其它滚轮比较理想的弹性体。采用的丁腈胶台湾南帝（NANCAR ）系列、日本合成橡胶公司（JSR）系列，日本瑞翁公司丁腈橡胶，硬度可以在邵氏20 ～100 ° A 调制。 三元乙丙橡胶（EPDM ） 三元乙丙橡胶作为半通用合成橡胶，其使用温度范围-55 ～150 ℃之间。三元乙丙橡胶具有突出的耐臭氧性、耐侯性、耐水性、耐热性、耐蒸汽、耐化学药品（如氨水、酒精、双氧水、盐、硫酸、烧碱、石灰等）性能。适用于高要求的高速水墨印刷辊及化工、电镀、电子、纺织、染整、丝光和人造革类所用胶辊等使用。 氯丁橡胶（CR ） 30年代美国公司生产的氯丁橡胶，改变了人们对橡胶易燃特点的看法，氯丁橡胶作为一种通用型特种橡胶，耐油性次于丁腈橡胶，优于通用橡胶，具有耐燃性、耐臭氧性、耐热老化性优异，耐化学品性能好，透气率小，其弹性与通用橡胶相当。适用于印刷类胶辊、耐碱类浆纱辊、浆染胶辊等使用。 氯磺化聚乙烯/ 海泊隆（CSM ） 氯磺化聚乙烯作为专用合成橡胶，不变色，耐磨耗、耐侯性、耐臭氧优异，耐热性能好，连续使用温度120 ～140℃，间接温度140 ～160℃，耐燃烧，离开火焰自行熄火，耐油性次于丁腈抗撕裂胶辊，耐油耐生热胶辊。 硅橡胶（Q ） 作为有机硅系列，本企业长期以来使用比较有质量保证的美国“道康宁”、日本“信越”、韩国“海龙”等硅橡胶，其耐寒耐热性能优异，能在-50～300 ℃温度范围内长期使用，具有最佳的热溶胶防粘性、优越的生物相溶性和防静电性能，完全符合国家卫生标准。适用于制作高低温设备输送辊；医疗、卫生、食品、办公机械设备胶辊；压延防粘（热熔胶涂布、制革等）、防静电（薄膜、植绒等）胶辊上使用，通用硬度在40 ～80 ° A 之间为优。 各常用橡胶性能比较Different characters of various kind rubbers
橡胶接触的有限元分析
圆球与橡胶垫接触的有限元分析 一、问题描述 分别模拟钢球以及橡胶球在以=0.95F N 的垂向载荷挤压硅橡胶（PDMS ）垫时的变形情况。钢球直径1=12.7mm Φ，硅橡胶圆盘直径2=50mm Φ，厚度d=5mm . 已知硅橡胶杨氏模量 1.0363E MPa =，泊松比0.499σ=，为超弹性材料。分别模拟小球为刚性材料和为橡胶材料时两种情况下硅橡胶垫的变形情况。 二、有限元分析 由于橡胶本构关系的非线性化，以及橡胶制品在应用时的大变形、接触非线性边界条件使其工程模拟变的非常困难。模拟的准确性与采用的本构关系模型以及模型中材料常数测试的准确性有密切关系。本次分析以橡胶中常用的Mooney-Rivlin 材料作为橡胶的本构模型。 1、 材料参数的确定 Mooney-Rivlin 模型的基本理论不赘述，通过查阅相关文献得知Mooney-Rivlin 模型中材料常数与材料弹性模量有如下关系： 10016()E C C =+ 并且有经验公式： 01100.25C C = 可以计算Mooney-Rivlin 模型中材料常数 1001138173,34543C C ==，用于有限元分析 中定义材料。 2、 钢球与硅橡胶盘接触 由于钢球与硅橡胶接触时钢球变形可以忽略，可以把钢球看做刚体（Rigid body ），建有限元模型如下：
图1 刚性球接触时的有限元模型分析结果如下： 图2 刚性球接触时圆盘变形云图 最大变形为图中红色部分，为 4 2.82100.282 y m mm - ?=?= 3、橡胶球与硅橡胶圆盘接触 将球划分网格，并定义为可变性体（Deformable body）有限元模型如下：
基于ANSYS与ABAQUS的赫兹接触问题有限元分析对比
基于ANSYS与ABAQUS的赫兹接触问题 有限元分析对比 郭波 [长春设备工艺研究所，长春130012] [ 摘要] 分别应用ANSYS软件与ABAQUS软件求解某精密部件的赫兹接触问题，并通过实验结果验证有限元分析结果的计算精度，结果显示ANSYS软件在求解精密部件的赫兹接触问题方面具 有较高的求解精度。 [ 关键词]ANSYS，ABAQUS，赫兹接触，有限元 Finite element analysis of Hertz contact problem based on ANSYS and ABAQUS GUO Bo [Changchun Equipment &Technology Research Institute , Changchun 130012] [ Abstract ] Solve Hertz contact problem both using ANSYS and ABAQUS, then verificate the computational accuracy of the Finite element analysis. The result shows, it has higher calculation precision in terms of Hertz contact problem of ANSYS in solving precision components. [ Keyword ] ANSYS，ABAQUS, Hertz contact, Finite element analysis 1前言 接触分析能够解决典型的状态非线性问题，在工程中应用广泛。由于传统的赫兹接触理论是在许多假设的前提下推导的近似解，而且在许多场合这些假设的前提是不成立的，因此运用赫兹理论来解决接触问题存在一定的局限性。近年来，随着计算机技术的普及，各种商用有限元分析软件逐步发展，有限元方法已成为应用广泛并且实用高效的求解接触问题的数值分析方法。ANSYS软件和ABAQUS软件是工程中应用最广泛的商用有限元分析软件。ANSYS软件是融合结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。ABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对