基于ANSYSWorkbench的浮动油封力分析
ANSYS Workbench在阀体密封分析中的应用
ANSYS Workbench在阀体密封分析中的应用摘要：应用有限元分析方法建立密封系统的三维有限元模型，以ANSYS Workbench有限元分析软件为基础计算法兰与垫片之间的应力场和接触压力。
然后根据分析结果，尤其是接触面之间的接触压力，并结合密封面计算比压的理论计算公式，对有限元方法分析阀体密封性能进行验证。
为合理、科学的阀体密封泄漏原因分析提供了先进的技术手段。
关键词：球阀；有限元；密封；接触压力引言阀门的强度、刚度以及密封性能是阀门最重要的技术性能指标。
强度失效和密封失效是阀门最常见的两种失效形式。
在设计时要求必须具有足够的强度和刚度，以保证长期使用而不发生破裂或者产生变形；要求阀门各密封部位有合理的密封比压，以保证密封部件既不损伤又能有良好的紧密度，以阻止介质泄漏。
阀体、阀盖的强度分析已经很成熟，而阻碍现代密封设计应用的因素有：密封结构中包含复杂材料特性的密封元件；有限元求解过程中包含接触分析；密封结构在工作状态中遇到的不稳定工况，如温度、压力、密封介质特性等。
因此，大多数情况下设计人员沿用传统的凭借经验来确定密封结构的方法。
而基于经典力学理论的常规设计计算方法由于其固有的局限性，对于复杂几何结构、多载荷作用下的计算是无能为力的，即使对于受简单边界条件的结构，也会因为结构较复杂使得计算不准确，甚至与实际相差甚远。
随着有限元分析方法的发展，基于有限元法数值模拟成为解决这些复杂问题的利器，很多学者及技术人员，对阀门单个零件或整体进行了有限元计算和结构分析。
ANSYS是当前使用最广泛的大型通用有限元分析软件，具有强大的求解器，可以对结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场进行计算。
但是ANSYS的建模能力相对薄弱，并对分析模型要求苛刻。
为解决该问题，ANSYS为目前主流的CAD软件提供了预留接口，SolidWorks也在其中。
本文以球阀为研究对象，考虑部件之间的接触作用，建立起阀体、阀盖、垫片、螺栓与螺母一体化的三维模型，针对金属缠绕垫片的非线性特点，使用有限元分析软件ANSYS获得接触面之间的接触压力，以及螺栓拉应力计算结果，为密封结构的设计和优化提供技术支持。
solidworks连接ansysworkbench受力分析步骤,包括材料参数修改
solidworks连接ansysworkbench受力分析步骤,包括材料
参数修改
以笔者的某个零件为例，连接ansys
连接ansys workbench
以静态力分析为例，点击static structural，单击并拖到右边的geometry一栏上面
接着就会变成这样
双击model
然后就自动生成这个界面了
接下来首先是修改材料
材料默认都是结构钢，点击structural Steel来修改，
点击小三角形选择new material然后进入这个界面
点击图中位置
右键可以去库里面找左键的话就新增自己的材料。
假如说我添加铜Cu，
双击框中这两个，修改密度和杨氏模量。
然后
这时候就能在这里
点击小三角，找到铜了。
第二步是划分网格，我一般都是自动划分的
右击generate mesh
第三步是添加力和不动点，第四步添加形变位移显示
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基于ANSYS Workbench的某柱塞泵结合面渗漏油故障分析
本文采用ANSYS Workbench有限元软件来分析柱
泵外壳
的 性能。
采-力
的 ，既考 温度场的
， 顾 的预紧作
o首先， 1设 料的参数。将外壳
78
1.M3螺栓2•壳体3•安装座4•分油盖5.M4螺栓
图2壳体与分油盖结合面
C: Static Structural Static Structural Time: 1. s 2020/8/13 20:36 ff] Fixed Support B] Bolt Pretension: 6944. N .Bolt Pretension 2: .Bolt Pretension 3: ■ Bolt Pretension 4: F] Bolt Pretension 5:
与
之间 的 副 设 为 o
施加
束。在
杆部分建 部柱坐
，并 该
的z轴与 的轴向 一致,
然后在该
施加预紧力。其施加 预
紧力的大小
式进行计算：
式中 $—一材料的屈服强度;
K——
数,此处取N值为0.18 ；
R------
小径,mm。
4、 5 触面压云图可知,壳体与分油盖结
面上的总体面压
均匀。在壳体
动活塞
腔一
20.00
图4室温环境下接触面压
C: Static Structural Pressure 2 Type: Pressure Unit: MPa Time: 1 2020/7/28 14:02 □ 142Байду номын сангаас29 Max ■ 126.21
110.13 94.049 -77.968 -61.888 -45.808 -29.727 ■ 13.647 ■ -2.4334 Min
采用双向流固耦合的胀圈密封功率损失预测模型
采用双向流固耦合的胀圈密封功率损失预测模型
冯伟;胡帅;宫武旗;邹天刚;桂鹏
【期刊名称】《西安交通大学学报》
【年(卷),期】2024(58)3
【摘要】针对现存胀圈密封功率损失模型不能准测预测出实际运行时密封环的功率损失的问题,提出了新的胀圈密封功率损失预测模型。
基于ANSYS Workbench 平台建立了包括转轴、配油套及胀圈密封环在内的双向流固耦合数值计算模型,设计并搭建了胀圈密封性能试验系统,验证了数值模拟的准确性。
通过多元线性回归方法构建了包含油液动力黏度、密封压差、转轴转速以及胀圈密封结构主要尺寸参数的功率损失预测模型,比现存模型包含更多影响因素。
分析结果表明:模型预测值与试验值的相对误差在9%以内,满足工业应用要求;功率损失对各影响因素的敏感度由强到弱依次为:密封压差、温度、转速,且密封压差对胀圈密封功率损失影响高度显著。
【总页数】13页(P69-81)
【作者】冯伟;胡帅;宫武旗;邹天刚;桂鹏
【作者单位】西安交通大学能源与动力工程学院;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TB42
【相关文献】
1.流固耦合影响下内啮合齿轮泵功率损失研究
2.基于MpCCI方法的密封环双向流固耦合模拟与试验研究
3.基于流固耦合的橡胶O形圈密封泄漏计算方法
4.基于流固耦合的O型圈高压密封研究
5.基于流固耦合的橡胶O形圈老化对密封性能的影响研究
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ANSYS经典案例在Workbench中实现之密封圈仿真
文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）结构中密封圈的应用非常广泛，常见于轴、超弹体和法兰盘等相关组件中。
密封圈的密封性能取决于密封圈和接触构件之间的接触压力，当密封圈周围的液体压力差超过接触所提供的抵抗力时，液体将会发生渗透现象。
ANSYS作为一个通用有限元分析软件，可以利用其非线性分析的功能：1 、预测密封圈的变形和应力分布情况；2、预测密封圈上的接触应力（安装载荷、工作载荷以及其它可能的载荷形式）；3、可以考虑密封圈和相邻构件之间液压渗透载荷对密封圈受力情况的影响。
所有这些结果都有助于工程师理解密封圈的结构性能设计、密封圈的工作状态以及如何应用密封圈防水。
ANSYS中液压渗透载荷可以根据接触状态，在接触面上施加液体压力载荷。
该载荷是一种按路径加载的载荷，所以，载荷可以按加载路径扩展或是改变。
在迭代开始时，程序会自动寻找液压载荷所施加的接触区域中所有可能的起始点，根据这些起始点，程序结合实际的接触状态确定液压加载点。
最后，程序将载荷加载在接触对的接触面和目标面上。
另外，当接触重新闭合，或是接触压力大于液体压力时，液压渗透载荷将会被移除。
问题描述如下图所示，一个弹性O形圈通过其外表面的受压，起到密封防水的功能。
在保证密封圈防水性能的同时，需要将作用在O形圈上的载荷最小化，这是开展该仿真分析的目的。
为了将问题简单化，该案例采用二维轴对称模型进行仿真分析。
图1 模型介绍仿真中，将O形圈处理成一种不可压缩的弹性体材料，选择一阶Ogden材料模型，对于塑料盖，仅考虑其线弹性。
材料模型参数如下图所示：图2 材料参数接触定义仿真设置中共有六对接触：1 、O形圈的左侧与左侧相邻构件的接触；2、O形圈的右侧与左侧相邻构件的接触（因为O形圈在整个过程中变形较大，故O形圈的部分区域存在与左侧构件接触的可能性）；3 、塑料盖与右侧构件的接触；4 、塑料盖与O形圈的接触；5 、塑料盖与左侧构件上端的接触；6、塑料盖与左侧构件下端的接触。
基于Ansys的某型液压密封环分析设计
随着工 业科 技 的快速发 展 ，密封装 置广 泛地
应用 于工业 、农业 、国防和 人们 的 日常 生活之 中
…
。
尤 其 是现代 化 工 、石 油 、航 天 、原子 能及 深
海技术 的迅速 发展 ，对设 备 的密封 、 别是 高压 、 特 高速 工 况 下 的密 封 工 程 设 计 提 出越 来 越 高 的 要 求 。高压密 封是整 个 高压容器 的重 要部 分 ，其 合 理性 和 完 善性 直 接 关 系 到高 压 容 器 能 否 安 全 运
１ 有 限 元分 析 模 型
建立密 封处 的接 触分析 实体 模型 时为 了简化
问题 ，通 常将三 维 的实体 简化 为二维 ，这种 简化 对 于密封 处 的模 拟计 算不仅 可 以减少 计算量 而且
界条件进行 了如 下简化与假设 ：（１由于 实际情况 １
中液压 测试 装置在 内压 的作 用下 整体变 形是相 当
８ ８
机 电技术
２１年 ４ ０１ 月
基于 Ａ ｓｓ ｎｙ 的某型液压 密封环分析设计
李烁 赵俊利 姜 明明 杨 丽丽
（． １中北大学机电工程学 院，山西 太原 ００ ５ ；２山东师范大学 ，山东 济南 ２ ０ ０ ； ３０ １ ． ５０ ２
３中 北 大 学 理学 院 ， 山西 太 原 ０ ０ ５） ． ３０ １ 摘 要 ：为 液 压 测 试装 置 的 内槽 设 计 一合 理 的密 封 环 ，通 过应 力 分 析 的 方法 对 高 压 密 封 结 构进 行 强 度 研 究 ，并通 过
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一１ ，
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基于ANSYS Workbench 的不同形式压力容器封头的应力分析
河南科技 Henan Science and Technology
工业技术
基于 ANSYS Workbench 的不同形式 压力容器封头的应力分析
邵海磊 郭海伟
（郑州四维新材料技术研究院有限公司，河南 郑州 450000）
摘 要：本文运用 ANSYS Workbench 有限元分析软件对储氢罐压力容器在单位压力（1MPa）下的应力状态进
由图 5 可以看出，径向应力在筒身部分几乎保持不 变，封头部分出现应力集中现象。随着椭圆半轴的增加， 封头呈球形时，筒体部分的径向应力保持不变，椭圆封头 上接近筒身的连接点处的径向应力逐渐减小，并且在封 头为球形时，封头与筒身的径向应力相等。随着椭圆半 轴的长度大于筒身半径，封头部分的径向应力又开始逐 渐变大。
由图 6 可以看出，内壁上切向应力的分布呈“W”形， 切向应力在筒身部分基本保持不变，在与封头的接触处 逐渐减小，过了连接点后快速增加，然后急剧下降，再趋 于稳定，在连接点处存在应力集中现象。随着椭圆半轴 的增大，应力集中现象逐渐减小，在身与封头上的切向应 力分布也越均匀。
Abstract: This paperused ANSYS Workbench finite element analysis software to analyze the stress state of hydrogen storage tank pressure vessel under unit pressure (1MPa), and obtainedthe stress distribution on the inner wall of the cylinder and the head under elliptical head and spherical head. At the same time, the radial, tangential and circumfer⁃ ential stresses of the elliptical head pressure vessels with different half-axis lengths were calculated, and compared with the stress distribution of the spherical head, the form of the head with good stress distribution was obtained. Keywords: pressure vessel；dish head；stress analysis；ANSYS Workbench
基于ANSYS Workbench的弯梁车车架模态优化设计
基于ANSYS Workbench的弯梁车车架模态优化设计
李森;董志强
【期刊名称】《摩托车技术》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】针对摩托车研发过程中的振动问题,先通过锤击试验获取车架的固有频率,再通过有限元模态仿真计算和测试值对比,验证有限元模型的正确性,通过对比看到,发动机的激励频率与车架一阶固有频率接近,是导致结构共振的根源,最后通过仿真手段,对摩托车车架结构进行了优化,并通过了试制验证.
【总页数】5页(P39-43)
【作者】李森;董志强
【作者单位】洛阳北方易初摩托车有限公司;新日电动车科技有限公司
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于Ansys-Workbench的纯电动客车车架优化设计 [J], 盛建;戴作强;张纪鹏;胡侃;贾文建
2.基于ANSYS Workbench的某客车车架结构模态分析 [J], 万明磊;戴作强;张洪信;盛建
3.基于ANSYS Workbench的某新型吹雪车车架模态分析 [J], 宋荣
4.基于ANSYS workbench的小车车架受力分析及优化设计 [J], 刘文军;油磊
5.基于ANSYS Workbench的本田节能车车架优化设计 [J], 吴鲁宁;鲁植雄;杨会亮;夏云浩
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元分析应力云图。 以下为顶梁受集中载荷时其受力
从支架架型试验两端加载下的顶梁有限元分析
分析及校核的部分程序代码。
图谱（略）可以看出：最大等效应力为 258.872 MPa，
Private Sub Command2_Click()′求解顶梁上的集 从支架架型试验顶梁中部集中载荷加载下的顶梁有
浮封环压缩 O 形圈过程中，O 形圈在压缩中发 生弹性变形，并且非线性变形。 为了保证模拟分析 更贴合实际工况，本文在研究过程中，对模型采用 自动划分网格。 图 2 为根据要求压缩到最大位置后 网格划分情 况，此时有 14 194 个 “Element”，31 248 个“Nodes”。
3 结果分析 通过对浮动油封有限元模型加载计算和后处
图5
等效应力图
通过图 3、图 4、图 5 可以知道：两浮封环间距
3 mm 时浮封环和橡胶圈的压缩状态为最大弹性应
变和等效应力。 图 6 是浮封环慢慢压缩橡胶圈到浮
封座的过程中，支反力和位移关系图，随着 O 形圈
的变形，相同的位移量需要更大的作用力，相应支
反力随之增大。
3 000
2 500
2 000
F/N
主要部件—顶梁、掩护梁、底座等的作用载荷，并对 支架各主要部件进行有限元分析。该支架采用 Q690 高强度结构钢焊接而成， 屈服强度 σs=690 MPa，从 常规设计下的顶梁有限元分析应力云图可以看出， 最大等效应力为 561.314 MPa， 小于材料屈服极限
2010（3）:25-26. ［3］王 庆 五 ，左 昉 ，胡 仁 喜 ，等. ANSYS 10.0 机 械 设 计 高 级 应 用 实 例
责任编辑：于秀文 收稿日期：2011－04－01
124
第 32 卷第 10 期
基于 ANSYS Workbench 的浮动油封力分析— ——徐卫鹏
Vol.32No.10
1 浮动油封力分析
影响浮动油封密封端面间油膜的形态和厚度
的主要因素是其 pcv 值, pcv 是衡量机械密封耐磨性 和耐热性的重要指标，有
参考文献： ［1］鲁 忠 良 ，景 国 勋 ，肖 亚 宁. 支 架 设 计 使 用 安 全 辨 析 ［M］. 1 版. 北
京 ： 煤 炭 工 业 出 版 社 ，2006.
零部件设计，并进行支架的受力分析，得到支架各
［2］ 赵 喜 敬 ， 张 伟 杰 ， 姚 贵 英 ， 等 . 变 参 数 支 架 设 计 ［J］. 矿 山 机 械 ，
Abstract： Mechanics model of the balance ram is set up in the shield hydraulic support, and takes the distance between intersection of the column and the link joint of the top beam as variables to analyse stress in the balance ram. Then program with VB to automatically get the curves of stress of the balance ram. And the designed system interface is friendly, and convenient used in the process of the design of the balance ram. Key words： hydraulic support； balance ram； VB
1 500
1 000
500
00 2 4 6 8 10 12 14 x/mm
图 6 支反力和位移关系曲线
为了更深入地分析影响浮动油封所受支反力
的因素，在模型中改变浮封环锥角和加载过程中
图 2 有限元网格模型
本文在运用 ANSYS 对浮动油封力分析过程中， 采用 Mooney-Rivlin 应变能密度函数来模拟橡胶类 材料，其表达式为 W=C10（I1－3）＋C01（I2－3）。 将 C10、C01 记为 C1、C2， 那么 Mooney-Rivlin 应变能密度函数表 达式 W=C1（I1－3）＋C2（I2－3）。
式中
pc=4F/［π（D22-D12）］ F— ——浮动油封密封端面所受作用力；
D、D1— ——浮封环公称直径和密封端面内径。 采煤机摇臂浮封环端面主要受到 O 形圈弹性
变形后对其产生的轴向力 FO 和油膜对浮封环接触 面的力 FY 即
F=FO-FY 浮动油封结构见图 1。
E
3
2
1
图 1 浮动油封结构 1. 浮封环 2. O 形圈 3. 浮封座
图 4 最大弹性应变图
Equivalent Stress Type:Equivalent(von-Mises) Stress Unit:Pa Time:1 2011-3-31 15:02
Automatic 2.680 9e6 2.3458e6 2.010 7e6 1.675 6e6 1.340 5e6 1.005 4e6 6.703 1e5 3.352 1e5 122.88 Min
黄 磊， 刘混举 （太原理工大学 机械工程学院， 太原 030024）
摘 要： 建立液压支架平衡千斤顶力学模型， 以立柱柱窝到顶梁铰接点的距离为变量来研究 平衡千斤顶受力，利用 VB 对其进行编程，实现平衡千斤顶受力曲线的自动绘制。 所设计的系统界 面友好，便于液压支架设计中使用。
关键词： 液压支架； 平衡千斤顶； VB 中图分类号： TD355 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2011）10 － 0126 － 03
2 有限元分析 在对浮动油封有限元分析过程中，充分考虑了
ANSYS 和 CAD 软件的特点，本文通过 Solid edge 建 立浮动油封三维模型后导入 ANSYS Workbench 中， 进行有限元分析。 浮动油封在使用过程中动环和静 环配合使用， 由力学知识可知其受力大小相同，为 了减少有限元网格， 提高运算速度， 本文只对浮动 油封的一半加以分析。
125
2 900 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 f
图 7 F-f 关系曲线
Hale Waihona Puke 第 32 卷第 10 期 2011 年 10 月
煤矿机械 Coal Mine Machinery
Vol.32No.10 Oct. 2011
基于 VB 的掩护式支架平衡千斤顶受力分析
中载荷
限元分析图谱 （略） 可以看出： 最大等效应力为
Dim l1, l2, l3, l4, l5, l6, l8, l9, l10
271.564 MPa，2 种加载情况下，其最大等效应力明显
Dim h1, h5, h6, h7, h9, h10, h11 Dim pk, w, u, p Open "fulfile2.txt" For Input As #2 Input #2, u, p, c2, c1, c3, c11, l8, hh11 Close #2 pk = 289: w = 0.3 pk = 289: w = 0.3 l1 = 1100: l2 = 1050: l3 = 1390: l4 = 840: l5 = 1670: l6 = 470: l9 = 900: l10 = 500 …… 3 液压支架有限元分析 根据支架的原始条件，进行支架的总体设计及
Stress Analysis of Balance Ram in Shield Support Based on VB
HUANG Lei , LIU Hun-ju （College of Mechanical Engineering ,Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China）
［M］. 2 版. 北京：机械工业出版社，2006. 作者简介： 赵喜敬（1964- ），女，河北邯 郸 人 ，硕 士 ，教 师 ，1987 年毕业于重庆大学机械设计制造及其自动化专业，主要从事机电一 体 化 方 面 的 研 究 ， 电 子 信 箱 ：zhxjzhxj2005@.
（σs=690 MPa），可以认为是安全的。
关键词： 浮动油封； 有限元； ANSYS； 力分析 中图分类号： TH136 文献标志码： A 文章编号： 1003 － 0794（2011）10 － 0124 － 03
Floating Seals Force Analysis Based on ANSYS Workbench
XU Wei-peng (Shanghai Branch， Tiandi Science and Technology Co., Ltd., Shanghai 200030， China)