基于Abaqus的O形橡胶密封圈热应力分析
基于ABAQUS的流体压力渗透O形圈密封性能仿真研究
液压#动与&封/2021年第02期doi：103969/j.issn3008-0813302132322基于ABAQUS的流体压力渗透O形圈密封性能仿真研究陈晨，钱国庆，许兴彦，欧叡,袁鹏超(江苏永钢集团有限公司设备处，江苏张家港215628)摘要：为了探究液压系统中0形圈预压缩率、介质压力以及系统温度对0形圈密封性能的影响，该文通过有限元方法在ABAQUS 中建立0形圈密封的二维有限元模型，采用流体压力渗透的加载方式模拟介质加压过程,该加载方式能自动精确地找到密封分离与接触的临界点，分析了0形圈在上述因素作用下等效应力和接触压力的变化规律％结果表明:预压缩率和系统温度对0形密封圈密封性能有一定的影响，而0形圈应力的变化主要取决于介质压力的变化,随着介质压力的增大，密封圈的接触压力也随之增大，并且密封圈的接触压力始终存在，表明0形密封圈密封性能良好。
关键词：密封圈;压力渗透;热应力;等效应力;接触应力;密封性能中图分类号:TB42文献标志码:A文章编号：1008-813(2021)02-086-05Simulation Study on O-ring Pe/ormancc of Fluid PressurePenetration Based on ABAQUSC25N Chen，QIAN G:.'%)，*n)-yan，0"N:i，Y"4NKen)-c8ao(Jiangsu Yonggang Group Co.，Ltd.，Zhan/iaaang215628，China)Abstract:In order to explore the infuence of O-ring pre-compression rate，medium pressure and system temperature in hydraulic system on O-ring sealing peOormance，this paper uses finite element method to establish a two-dimensional finite element model of O-ring seal in ABAQUS，usingtuid poessuoepeneioaiion The oadingmeihod simu aiesihemedium poe s uoiaaiion poocess.This oadingmeihod can automaticaly and accurately find the critical point of seal separation and contact，and analyzes the change law of the equiralent stress and contact pressure of the O-ring under the action of the above Sac t ors.The results show that the pre-compression rate and system temperature have a certain effect on the sealing performance of the O-ring seal，and the change of the O-ring stress mainly depends on the change of the medium pee s uee.Asihemedium pee s ueeinceeases，iheconiacipee s ueeotihesealeingalsoIiinceeasesand iheconiacipee s ueeotihesealeing always exists，indicating that the O-ring seal has good sealing peOormance.Key words:sealing ring;pressure penetration;thermal stress;equiralent stress;contact stress;sealing performance0引言液压设备具有体积小、重量轻、传递扭矩大等特点被广泛应用于工程机械、冶金机械、煤矿机械等工业领域,液压技术推动我国制造业发展起到至关重要的作用。
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CAX4RH1.3.3 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2.1 求解器的设定将Module切换到Step模块。
单击Create step创建分析步，分析步类型为Static，General，注意，此案例需要打开Nlgeom，即需要考虑几何非线性的影响。
ABAQUS热应力分析解析实例详解
ABAQUS热应力分析解析实例详解ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以进行各种不同类型的分析，包括热应力分析。
热应力分析是通过模拟材料受热后发生的变形来评估材料的热稳定性和耐久性。
在这篇文章中，我们将详细介绍ABAQUS热应力分析的步骤和实例。
首先，我们需要创建一个ABAQUS模型。
模型包括几何形状、材料属性和边界条件。
在热应力分析中，我们通常需要定义一个热源，以及材料的热传导、热膨胀和热辐射等属性。
在这个实例中，我们将模拟一个烤箱的加热过程。
模型是一个简单的长方体，材料是钢铁，边界条件是恒定的热流。
下一步是定义材料属性。
我们需要定义钢铁的热传导系数，热膨胀系数和热辐射系数。
这些属性通常可以从材料手册或实验中获得。
我们将使用以下参数：-热传导系数：40W/mK-热膨胀系数：12e-61/°C-热辐射系数：0.8接下来，我们需要定义边界条件。
在这个实例中，我们将模拟一个恒定的热流输入。
我们可以通过选择“控制模拟”菜单中的“载荷”选项来定义边界条件。
在强制边界条件下选择“热流”载荷，然后指定热流的大小和方向。
我们将选择1000W的热流输入。
然后，我们需要定义分析步骤。
在这个实例中，我们将使用一个稳态热分析步骤。
在强制模式下选择“热”分析步骤，然后指定步骤的参数，包括时间步长和总时间。
我们将选择0.1s的时间步长和10s的总时间。
在模拟之前，我们需要定义网格划分。
网格划分是将模型分解为多个小元素的过程，以便于进行数值计算。
ABAQUS中有多种网格划分方法可供选择。
我们可以通过选择“网格”菜单中的“划分”选项来进行网格划分，然后选择适当的网格划分方法和参数。
当所有定义都完成后，我们可以点击“开始模拟”按钮开始进行热应力分析。
ABAQUS将使用已定义的模型、材料属性、边界条件和分析步骤来进行数值计算。
计算结果将显示在ABAQUS的图形界面中。
在热应力分析完成后，我们可以查看结果并进行后处理。
基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析
第42卷第1期固体火箭技术Journal of SolidＲocket Technology Vol．42No．12019基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析①张镇国1，沙宝林1，王才1，阎涛2（1．中国航天科技集团公司四院四十一所，西安710025；2．中国航天科技集团公司四院四十四所，西安710025）摘要：建立了双道O型圈密封的轴对称模型，采用施加轴向位移的方式模拟O型圈的预装过程，利用Abaqus的压力渗透加载方式动态地寻找密封面的临界点。
仿真模拟了O型圈的预装过程、介质加压过程和往复运动过程，研究了介质压力、往复运动速率对O型圈密封性能的影响。
结果表明，在预装过程开始的很短时间内，Mises应力便出现峰值，然后回落，随着介质压力的增大，O型圈内Mises应力、接触应力、接触宽度和动摩擦力都会相应增大，双道O型圈在静密封和动密封中均能保持很好的密封性能。
关键词：O型圈；压力渗透；往复运动；密封性能中图分类号：V435．+4文献标识码：A文章编号：1006－2793（2019）01－0085－07DOI：10．7673/j．issn．1006－2793．2019．01．013Analysis of the double-sealing performance of O-ringin reciprocating movement based on AbaqusZHANG Zhenguo1，SHA Baolin1，WANG Cai1，YAN Tao2（1．The41st Institute of the Fourth Academy of CASC，Xi＇an710025，China；2．The44st Institute of the Fourth Academy of CASC，Xi＇an710025，China）Abstract：An axisymmetric model of double O-ring seals has been established，and the pre-assembly process of O-ring was sim-ulated by applying the axial displacement．The pressure penetration loading method of abaqus has been used to find the critical point of the sealing surface dynamically．The pre-assembly process，medium pressurization process and reciprocating motion of O-ring has also been simulated．The effect of medium pressure and the velocity of reciprocating motion on the performance of O-ring seals have been found．The results show that the Mises stress reaches its maximum and then falls back in a very short time in the pre-assembly process．With the pressure of the medium increases，the Mises stress，contact stress，contact width and dynamic frictional force in the O-ring will increase correspondingly．The double-seals by O-ring can maintain good sealing performance in both static and dynamic sealing conditions．Key words：O-rings；pressure penetration；reciprocating movement；seal performance0引言固体火箭发动机因其具有结构简单、工作可靠、长期待命、启动发射迅速等特点，在导弹动力装置中得到了非常广泛的应用［1］。
基于有限元的O形密封圈密封性能分析[文档资料]
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基于有限元的O形密封圈密封性能分析本文档格式为WORD,感谢你的阅读。
针对较为常用的O形橡胶密封圈，在有限元软件Abaqus中对其静密封性能进行了仿真模拟，并研究了介质压力、摩擦因数和预压缩量对密封圈密封性能的影响规律。
通过数值模拟可以实现对O形密封圈密封性能的预测，为密封圈的设计和应用提供了理论依据，同时也为其他结构密封圈的分析提供参考。
O形密封圈由于其结构简单、密封性能好且制造费用低，被广泛地应用于机床、船舶、汽车、航空航天、冶金、化工以及铁道机械等行业，一般安装在外圆或内圆上截面为矩形的沟槽内起密封作用，适用于静密封和往复运动密封。
O形密封圈是一种双向作用的密封件，安装时径向或轴向方向给定一定的预压缩，使其具备初始密封能力，再在系统压力作用下产生密封力，与初始密封力合成总的密封力，实现对系统的密封。
通常，为防止出现永久的塑性变形， O形圈允许的最大压缩量在静密封中约为30%，在动密封中约为20%。
在静密封中，无挡圈时， O形密封圈的最高工作压力可达20MPa。
由于影响 O形圈密封性能的因素较多，本文采用有限元软件Abaqus对静密封中的 O形圈的密封性能进行分析，并研究预压缩量、摩擦因素和介质压力对其密封性能的影响。
二、有限元模型1.材料参数O形密封圈采用的橡胶材料具有高度非线性，即几何非线性、材料非线性和接触非线性。
在分析之前，需要做以下假设：材料具有确定的弹性模量和泊松比；材料的拉伸和压缩蠕变性质相同；密封圈受到的纵向压缩视为有约束边界的指定位移引起的；蠕变不引起体积的变化。
2.几何模型密封圈及沟槽截面图，密封圈的材料为丁腈橡胶（NBR），其规格为150mm×5.33mm。
在Abaqus中建立活塞杆、凹槽和密封圈的二维轴对称模型，活塞杆和凹槽材料为40Cr，弹性模量为206GPa，泊松比为0.3，密度为7800kg/m3。
分别建立密封圈与凹槽和活塞杆两组接触面，采用罚函数模拟面与面之间的接触，设定初始摩擦因数为0.2。
abaqus中橡胶大变形问题
Abaqus中橡胶大变形问题橡胶材料在工程中广泛应用，其特性之一就是其在受力时会产生大变形。
在工程实践中，需要对橡胶材料的大变形行为进行准确的预测和仿真，以便设计出更加可靠和安全的产品。
而Abaqus作为一款强大的有限元分析软件，可以帮助工程师们对橡胶材料的大变形问题进行深入研究和分析。
在Abaqus中，对橡胶材料的大变形问题进行仿真和分析通常需要考虑以下几个方面的内容：橡胶材料的本构模型、边界条件的设定、大变形时的网格变形和接触问题等。
在本文中，我将针对这些内容展开深入的讨论和分析，并结合个人的经验和理解，希望能为你带来有价值的信息和见解。
1. 橡胶材料的本构模型橡胶材料的大变形行为是非线性的，因此在Abaqus中对其进行仿真时，需要使用适当的本构模型来描述其力学行为。
常见的橡胶材料本构模型包括各向同性模型、各向异性模型、超弹性模型等。
在选择本构模型时，需要考虑橡胶材料的实际性能和实验数据，以及仿真的准确性和计算效率。
需要对本构模型的参数进行合理的设定和校准，以确保仿真结果的准确性和可靠性。
2. 边界条件的设定橡胶材料在实际工程中往往处于复杂的受力和约束条件下。
在Abaqus中进行橡胶材料的大变形仿真时，需要对边界条件进行合理的设定。
这包括加载条件的设定、约束条件的设定以及边界条件的处理等。
合理的边界条件设置能够更好地模拟橡胶材料的受力和变形行为，从而得到准确的仿真结果。
3. 大变形时的网格变形和接触问题橡胶材料在受力过程中会产生较大的变形，这需要在Abaqus中进行合适的网格变形和接触处理。
在进行橡胶材料大变形仿真时，需要对网格进行合理的划分和调整，以适应材料的大变形，同时需要对接触问题进行有效的处理，保证仿真的准确性和稳定性。
总结回顾通过以上对Abaqus中橡胶材料大变形问题的讨论和分析，我们可以得出以下几点结论：在进行橡胶材料大变形仿真时，需要选择合适的本构模型，并对模型参数进行准确的设定和校准；在边界条件的设定上，需要考虑橡胶材料的受力和约束情况，以得到真实可靠的仿真结果；在进行大变形仿真时，需要合理处理网格变形和接触问题，以确保仿真的准确性和稳定性。
橡胶O形密封圈的变形及应力分析
1994年10月收到;1994年12月收到修改稿。
33西安市169信箱101室 710000第10卷 第3期航空动力学报 V o l 110N o 131995年7月Journa l of Aerospace Power Ju ly 1995橡胶O 形密封圈的变形及应力分析航天工业总公司四十一所 任全彬 陈汝训 杨卫国【摘要】 建立了橡胶O 形密封圈多边界有摩擦接触问题的接触模型,同时还根据多维应力蠕变理论的基本原理建立了橡胶类材料的应力松驰模型。
在此基础上,采用已有文献给出的大应变问题有限元法,计算了橡胶O 形密封圈在工作状态下的变形及应力分布规律,从而为可靠地设计橡胶O 形密封圈提供了理论依据。
主题词: 橡胶O 形密封圈 大应变问题 接触问题 应力松驰 分类号: V 255.3 O 343.3目前,国内外橡胶O 形密封圈(简称O 形圈)的设计基本上是依赖一些经验数据和定性原则[1],O 形圈在密封槽内的变形及密封界面上的接触压应力的分布是影响O 形圈密封性能的重要参数,但要得到精确的解是非常困难的。
本文在一定的假设条件下,用有限元法[2]计算了在固体火箭发动机贮存和工作状态下的O 形圈在密封槽内的变形及应力,得到的计算结果和实验结果符合较好,为可靠地设计橡胶O 形密封圈提供了一定的理论依据。
1 计算模型111 基本假设(1)O 形圈材料具有确定的弹性模量E 和泊松比Τ。
(2)取Τ为接近015的常数;(3)钢构件组成的密封槽槽壁看作O 形圈变形时的约束边界,O 形圈受到的压缩看作由某个约束边界的指定位移引起;(4)接触点接触状态有粘式接触和滑移接触;接触边界上存在静摩擦力和滑动摩擦力;(5)O 形圈材料拉抻与压缩的蠕变性质相同;(6)蠕变不引起体积变化。
112 有限元基本方程为反映大应变及摩擦力对O 形圈变形的影响,并由基本假设(1)、(2),可以采用大变形弹图1 O 形圈的接触模型性速率型本构方程[3]。
Abaqus热应力分析、热诱导振动分析简单实例
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2. Solution
2.2. Create Material & Section
壳厚度为3mm。
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2.3. Assign Section
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3. Comparative Study
3.2. Create Field Output
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3.3. Define Element Type
2. Solution
2.16. Results & Visualization (2)
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2.17. Results & Visualization (3)
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2.7. Edit Field Output Request
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2.8. Create a Set for History Output
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【总页数】5页(P60-64)【关键词】ABAQUS;O形密封圈;压缩率;接触应力;接触长度【作者】关文锦;杜群贵;刘丕群【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;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】TB42O形橡胶密封圈结构简单、密封可靠，被广泛用于各种密封结构中，其性能影响着整个密封系统的寿命及性能。
橡胶密封元件轴对称结构在ABAQUS中的数值模拟---HOFF
橡胶密封元件轴对称结构在ABAQUS中的数值模拟和强王宇火进（北京霍夫技术服务有限公司北京100083）摘要：运用ABAQUS/Standard模拟了橡胶密封元件装配过程中的受力特性；实现了用数值方法解决包含超弹性材料，轴对称结构，摩擦接触以及多步骤分析的问题；为复杂工程问题的数值解法提供了参考价值。
关键词：橡胶密封超弹性轴对称多步骤分析引言橡胶是在使用温度下处于高弹态的高分子材料，变形中表现出很强的几何物理非线性，与其他材料最基本的区别是其弹性模量低，具有很高的伸缩性和储能能力，因此，被广泛的用来制成密封，减振，防护等用品。
传统的橡胶元件的设计方法是根据试验和试验所取得的规律进行，造成产品开发周期长，成本高，复杂结构或工况试验难以进行等后果。
近年来，计算机仿真技术和现代非线性理论的快速发展为设计人员提供了良好的基础。
本文借助有限元理论和分析软件ABAQUS对汽车转向轴橡胶密封圈的安装过程进行了研究。
1，油封结构简介目前中国已经标准化的产品有内包骨架油封（B型），外露、半外露骨架油封（W型），装配式油封（Z型），有副唇内包骨架油封（FB型），有副唇外包骨架油封（FW型），有副唇装配式油封（FZ型）以及流体动力型旋转油封等等。
其中外露、半外露骨架油封具有油封定位准确，同轴性好，安装性能高，摩擦升热小，导热性能好和材质消耗小等优点。
油封结构包括结构形式和结构参数两部分。
结构形式（油封结构和几何形状）是由配合及安装要求，密封介质及轴的旋转方向等使用要求来决定；而结构参数的内容包括工作情况参数，性能参数，胶料性能参数和剖面结构参数等。
2，橡胶变形特点及超弹性本构模型2．1 橡胶变形特点橡胶材料在承受拉压过程中，体积的变化量很小，可以忽略不计，但是作为超弹性体，其最明显也是最重要的物理特性是在较小的外力作用下就能产生很大的变形，其伸长率可达100％～1000％。
2．2 超弹性本构模型弹性材料的变形过程是可逆的，如无其他不可逆伴随，单纯的弹性变形过程的熵产率为零，也就是单位质量的热力学能等于单位质量的应变能，对于等温过程，单位质量的自由能便是单位质量的应变能，存在应变能的材料称为超弹性材料，因此橡胶材料属于超弹性材料。
基于Abaqus的橡胶密封垫对比分析
关 键词 ： 橡 胶 ；密封 ；有 限元 ； Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ
中图分 类 号 ： Ｕ ４ ６ ４ ． １ ３ ２ ； Ｔ Ｂ １ １ ５ ． １ 文献标 志码 ： Ｂ
Ｃｏ ｕｏ ｍｐ ｐａ ｒ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ 。 ｉ ｓ ｏ ０ ｎ ｒ ｕ ｂ ｂｅ ｅ ｒ ｔ ￣ ￣ ａ ｓ ｋｅ Ｋ ｅ ｔ ｂａ ｏ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｔ ０ ｎ Ａ ‘ ’ Ｄ ａ ｑ ｕｓ Ｃ ＨＥ Ｎ Ｓ ｉ ，Ｘ Ｕ Ｘ ｉ ，Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｈｕ ａ ｉ ｇ ａ ｎ ｇ ， Ｚ Ｅ Ｎ Ｇ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｑ ｉ ａ ｎ ｇ
（ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ’ ａ ｎ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｃ ｈ ｏ ｕ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ １ １ ２ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于 Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 的橡 胶 密封 垫 对 比分 析
陈思 ， 徐熹 ， 杨怀刚 ， 曾庆 强
（ 长安 汽车股份 有限公 司 动 力研 究院， 重庆 ４ ０ １ １ ２ ０ ）
摘要 ： 针 对 某型发 动机 开发 中的橡胶 密封垫 密封 问题 ， 利 用有 限元 分 析软 件 Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 建 立橡胶 垫 及 其 边界 的有 限元模 型 ， 讨 论 不 同条件 下密封 垫的 力学性 能． 为橡 胶 密封 结构 的设计 计算提 供一 条新
ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ Ａｂ ａ ｑ ｕ ｓ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ａ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｆ ｏ ｒ ｒ ｕ ｂ ｂ ｅ ｒ ｇ ａ ｓ ｋ ｅ ｔ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｂ ｏ ｕ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ，ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ
O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析
W = C1 ( I1 - 3) + C2 ( I2 - 3)
式中 : W 为应变能 ; C1 , C2 为常数; I1 =λ21 +λ22 +λ23 ,
I2 =λ21λ22 +λ22λ23 +λ23λ21 ,
I3
=λ21λ22λ23 ,
单元由接触单元 CONTA175和目标单元 TARGE169配 对组成 (虚拟单元 , 未显示 ) 。分析中采用的橡胶材
料模型为近似不可压缩弹性材料的穆尼 2瑞林 (Moo2 ney2R irlin) 模型 , 和材料的应变能偏量部分有关的
两个材料常数 C1 和 C2 (常称之为穆尼材料常数 ) 分 别为 1187和 0147[1, 6 ] 。
范 ·米塞斯 (Von M ises) 应力σ为 : σ = { [ (σ1
从图中可以看出 : 在无
-
σ 2
)
2
+
(σ2
-
σ 3
)
2
+ (σ3
-
σ 1
)
2
]
/2} 1/2 ,
其中 ,
σ 1
、
σ 、σ 为单元 体
2
3
3 个 方 向 的 主 应 力 。范
·米塞 斯
(Von M ises) 应力反应了 O 形圈截面上各主应力差值
Keywords: rubber sealing O 2ring; stress; contact p ressure; finite element analysis
O 形橡胶密封圈具有结构紧凑 、制造简单 、拆装 方便 、成本低廉等特点 , 是一种适应性很强的密封 件 , 在一般使用条件下 , 具有良好的尺寸稳定性和长 时间保持弹性的能力 , 主要应用于径向和轴向的静密 封 , 以及速度和压力较小情况下的动密封 。
ABAQUS热传导与热应力分析ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
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O形橡胶密封圈的热应力耦合分析
O形橡胶密封圈的热应力耦合分析热应力耦合分析是指在温度变化过程中，由于材料的热膨胀系数不同，导致材料内部产生应力和变形，从而引起材料的力学性能变化。
对于O形橡胶密封圈而言，当密封圈所处的环境温度发生变化时，由于橡胶材料的热膨胀系数较大，会产生一定的热应力。
O形橡胶密封圈常用于管道、容器等设备中的密封部位，其主要作用是防止气体、液体或粉末等物质泄漏。
在工作过程中，密封圈常受到外部环境的温度变化以及介质内外压力差的影响，从而导致密封圈发生热膨胀及应力变化。
因此，对O形橡胶密封圈的热应力耦合进行分析具有重要的工程意义。
热应力耦合分析可以通过有限元方法来实现。
首先，需根据O形橡胶密封圈的几何形状和材料参数，建立合适的有限元模型。
然后，根据设备的实际工作条件和温度变化规律，对密封圈所受温度变化进行仿真分析。
利用有限元软件进行数值计算，可得到密封圈在温度变化过程中的应力和变形分布情况。
在分析过程中，需考虑橡胶材料的热膨胀系数、杨氏模量以及泊松比等热力学性质参数。
由于橡胶材料的特殊性，其物理性质随温度的变化率较大，因此需进行实验获取材料参数的温度相关性数据。
同时，还需考虑密封圈的几何非线性及材料的本构关系对热应力耦合分析的影响。
根据热应力耦合分析结果，可以评估密封圈在不同温度下的性能。
若在实际工作条件中，密封圈所受的热应力超过其耐受能力，则可能出现失效现象，如密封失效、变形等。
因此，根据分析结果，需优化密封圈的设计和材料选择，以保证其在各种工况下的可靠性和耐用性。
总之，O形橡胶密封圈的热应力耦合分析对于指导工程实践具有重要意义。
通过建立合理的有限元模型，考虑材料性质和几何非线性，可以对密封圈在温度变化过程中的应力和变形进行仿真分析，评估其性能和可靠性，为设计优化提供参考。
abaqus 密封 算例
abaqus密封算例
Abaqus是一个强大的有限元分析软件，可以用于模拟和分析多种工程问题，包括结构、热、流体、力学等。
密封问题是其中的一个应用场景，可以用来模拟密封件在外部压力作用下的变形、应力分布等情况。
针对一个密封算例，可以按照以下步骤在Abaqus中进行建模和分析：
建模步骤：
1.几何建模：在Abaqus中创建密封件的几何模型，可以使用软件自带的几何
建模工具或导入已有的几何模型。
2.网格划分：对几何模型进行网格划分，生成有限元网格。
确保网格的密度足
够细致，能够准确捕捉密封件的几何特征和变形情况。
3.边界条件和加载：设置模型的边界条件，比如固定边界、施加外部压力或位
移等加载条件。
4.材料属性：定义密封件所使用的材料属性，如弹性模量、泊松比、屈服强度
等。
5.设置分析类型：选择适当的分析类型，比如静力分析、热分析等，根据问题
需要设置分析的参数和类型。
分析与后处理：
1.运行分析：在设置好加载、边界条件和材料属性后，运行分析，获取密封件
在不同加载条件下的响应。
2.结果后处理：分析完成后，对结果进行后处理，包括查看应力分布、变形情
况、接触压力、接触区域等。
Abaqus提供了丰富的后处理功能，可以对模型的响应进行详细分析和可视化。
3.结果解释和评估：根据后处理结果，评估密封件的性能，如是否出现泄漏、
变形是否在允许范围内等，并做出相应的改进或优化。
以上是对使用Abaqus进行密封问题建模和分析的一般步骤。
密封问题的复杂性取决于密封件的几何形状、材料特性和工作条件等因素，需要根据具体情况来选择合适的模型和分析方法。
ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用
ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用橡胶制品作为一类常见的材料，广泛应用于汽车、航空航天、建筑等行业。
随着科学技术的不断进步，传统的试验研究逐渐无法满足对橡胶制品的性能需求。
ABAQUS作为一种有限元分析软件，可以对橡胶材料进行力学性能分析，为橡胶制品的研究与应用提供了一种新的方法。
ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用主要包括以下几个方面。
首先是弹性力学性能分析。
ABAQUS可以模拟橡胶材料在受力时的弹性行为。
通过建立适当的材料模型和边界条件，可以计算出橡胶制品在受力时的变形、应力和应变分布。
在汽车轮胎的设计中，通过ABAQUS可以预测轮胎在不同路面条件下的变形情况，为改善轮胎的抓地力和舒适性提供科学依据。
其次是断裂力学性能分析。
橡胶制品在使用过程中可能经受各种复杂的外力作用，容易出现断裂现象。
通过ABAQUS的有限元分析方法，可以预测橡胶制品在不同外力条件下的断裂位置和形态。
这可以为橡胶制品的设计和材料选择提供指导，提高产品的可靠性和使用寿命。
此外，ABAQUS还可用于研究橡胶材料的疲劳性能。
由于橡胶制品可能长时间受到往复循环载荷的影响，容易发生疲劳损伤。
通过ABAQUS可以模拟橡胶材料在疲劳载荷下的变形和应力分布，进而预测其疲劳寿命。
这对于橡胶制品的设计和使用寿命评估具有重要意义。
除了力学性能的分析外，ABAQUS还可以结合材料模型和温度、湿度等外界因素进行热学性能分析。
橡胶材料在不同温度和湿度环境下的物理性能会发生变化，这些因素对橡胶制品的使用性能也有很大影响。
通过ABAQUS的有限元分析，可以模拟橡胶材料在复杂热湿环境下的变形和性能变化。
这为橡胶制品的设计和使用提供了科学依据。
需要注意的是，ABAQUS在橡胶制品领域的研究与应用不仅仅局限于上述几个方面。
随着科学技术的发展，ABAQUS在材料建模、失效分析、性能优化等方面的应用也逐渐得到推广。
橡胶制品是一个复杂的体系，涉及材料科学、力学和热学等多个学科领域。
ABAQUS热应力分析解析实例详解
热应力分析实例详解学习要点通过实例分析，学习如何进行热应力分析，并掌握ABAQUS/CAE 的以下功能：1）在Material 功能模块中，定义线胀系数；2）在Load 功能模块中，使用预定义场（predefined field）来定义温度场；实例1：带孔平板的热应力分析定义材料属性——Property Property——Material——Edit——steelMechanical——Elastic, 输入弹性模量和泊松比定义材料属性——Property Property——Material——Edit——steelMechanical——Expansion, 输入线胀系数定义边界条件——Load定义边界条件——Load定义边界条件——Load固支边界条件使用预定义场定义初始温度Load——PredefinedField Manager使用预定义场使模型温度升高至120℃网格划分——Mesh结果分析——Visualization小结在ABAQUS中进行热应力分析的基本步骤：⏹定义线胀系数⏹定义初始温度场⏹定义分析步中的温度场实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟问题描述：◆表面感应淬火是一种工程中常用的热处理工艺，其原理是使用感应器来对工件的局部进行加热，然后迅速冷却，从而使工件表面产生残余压应力，抵消工作载荷所产生的一部分拉应力。
◆表面感应淬火可显著提高工件弯曲疲劳抗力和扭转疲劳抗力，工件表面产生的马氏体具有良好的耐磨性。
实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟 本例中的法兰盘经淬火后，由试验测得法拉盘的内圆角表面残余压应力约为-420MPa。
法拉盘的一端固定，另一端的整个端面受向下的面载荷p=100MPa，法拉盘内孔直径为24mm，材料的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3，线胀系数为1.35e-5/ ℃。
要求：模拟分析感应淬火所产生的残余应力场，并分析此残余应力场在缓和应力集中方面所起的作用。
O 形橡胶密封圈的热应力耦合分析
O 形橡胶密封圈的热应力耦合分析韩彬;鲁金忠;李传君;王志强;刘传刚;黄婉婉【摘要】The sealing performance of rubber O-ring used for high-temperature thermal mining tool was studied at high temperature and high pressure.With the help of large-scare finite element analysis software ANSYS,the two-dimensional axisymmetric finite element models of rubber O-ring and its boundary were built.Some factors influencing maximal contact stress,shear stress and Von Mises stress of sealing face were analyzed,such as oil pressure,assembly gap and friction coef-ficient.The influence of temperature on the stress of O-ring was investigated by using thermal stress coupling analysis method.Results show that oil pressure and assembly gap have great effect on the stresses,however,friction coefficient has little effect on the stresses.With the increasing of temperature,the maximum shear stress and contact stress are decreased, and maximum Von Mises stress is decreased obviously.The appropriate working temperature should be guaranteed to pro-mote the sealing reliability of high-temperature thermal mining tool.%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。
ABAQUS热传导与热应力分析详解
•点单元 •热容单元 HEATCAP 模拟在一点的集中热容 •热容可以是温度或场变量的函数
•该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
热传导单元定义 •壳单元
•一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3， DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于 模拟承受热载荷的薄壁结构如: 压力容器，管道系统和金属片元 件等。
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射 辐射率 emissivity 是衡量一个表面有多接近理想黑体的指标
一些常用材料的辐射率： Commercial aluminum sheet: 0.09 Heavily oxidized aluminum sheet: 0.2 Polished gold: 0.02 Rusted iron plate: 0.6 Polished iron plate: 0.07 Turned, heated cast iron: 0.44 Type 301 stainless steel: 0.58 Red brick: 0.93 Black shiny lacquer on iron: 0.88 White vamish: 0.09 Water: 0.95
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射 是否需要考虑辐射边界条件 Te = Room temp (23oC) h = 10W/m2/oC 辐射率=1 Heat flux 温度越高，辐射现象越强
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --比热可以定义为随温度与场变量变化 --大多数材料的比热随温度平稳变化
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卢＝ａ （ ３ Ａ ＋ ２ Ｇ ）
２ 有 限 元 分 析
随 着 计 算 机 的 发 展 及 有 限元 分 析 软 件 （ 如
Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 和Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ ）的 开发 ，对 轮 胎 和橡 胶 制 品进
行 了越 来越 深入 的研 究 ；但 由于橡 胶 材料 的非 线 性 、几何 非线性 和边界 条件非线性 ，增加 了仿真模 拟难 度 。在此 ，以轮胎 和橡 胶制 品研 究 中常 用 的 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模型为例 ，根据 变分原理 ，对 Ｏ 形橡 胶密封 圈进行不考虑温度 因素 的应力分 析及考 虑温 度 因素 的热应力分析 Ｊ 。
变 ，推 广到温 度场 中 ，即 ：
ｓ ：
吉 ［ — （ ＋ ） ］ ＋ ｆ ‘ ’
根据 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模 型 ，用 硬度 求 弹性模 量 ， 密封 圈 参数 Ｃ。 ＝ １ ． ３ ８ ０ ，Ｃ ＝ ０ ． ３ ４ ５ ，线膨 胀 系数 为
要 意义 。 本 课题 在 弹性力 学理 论基 础上 ，运 用Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ
的广义 虎克定律 ：
＝
２ Ｇ ｅ ｌ ＋ 九 一／ ３ ｔ
（ ２）
式 中 ，Ｐ 为体 积应 变 ；Ｇ 为 剪切模 量 ；Ａ为拉梅 常
数， 为热应力系数。
Ｅ讧
＝
有限元软件 对Ｏ 形橡胶密封 圈进行正 常工况下 的仿
．
ｂ Ｊ ＝ －
Ｗ
－／ Ｕ
Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ 。 Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
２ ０ Ｉ ｊ年 第 ６期
基于Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 的。形橡胶密封圈热应力分析
王 丹 ，韩 磊 ，陈加 鑫。
（ １ ． 中海 油 能源 发 展采 油 服 务 公 司技 术 中心 ，天 津 ３ ０ ０ ４ ５ ７ ；２ ． 海 洋 石 油 工程 股 份 有 限公 司建 造公 司， 天 津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
式中 ， ｓ 为应 变 ， 为弹性模量 ， 为泊松化 ，盯 为应力 ， 为线膨胀 系数 ；ｆ 为温升 ，ｆ 代表 ，Ｙ ，ｚ
三个方 向。
式 （ １ ）是用应力 及温度表 征应变 的广 义虎克 定律 ，可 由式 （ １ ）推导 ，用应 变和温 度表征应 力
研究橡胶 密封圈的温度对 其密封性能 的影响具有重
橡 胶 密封 圈密 封 性 能 有 一 定 影 响 。
关键 词：０ 形橡胶密封 圈 ；Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 有限元分析 ；热应力 ；温度 ；密封性能
Ｏ 形橡胶 密封圈一般适用 于静密封 ，其使用温 度范 围取决于所用橡胶材料 ，超过材料 的耐受温度 极限会造成密封 圈产生大 的压缩永久变形 ，直 至失 效 。美 国挑 战者号 航天飞机 的失 事正是 由于０ 形 橡 胶密封 圈在低 温下 失去密 封能力而导致 的 。因此 ，
而增大 ，应力与温度呈一次线性关系 。
Hale Waihona Puke 表 １ 不 同温 度和 压 力下 Ｏ形 橡 胶 密 封 圈的
最大Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力
（ ３）温 度 的变 化 对 低 密 封 压 力 下 使 用 的 Ｏ 形 橡 胶 密 封 圈密 封 性 能影 响较 大 ，而 对 高 密 封
压力 下 使 用 的Ｏ 形 橡 胶 密封 圈 密封 性 能影 响相对
的Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力 云 图
（ １ ）在一 定预 压缩率下 ，０ 形 橡胶 密封 圈 随 着密封压力的增 大 ，其Ｖ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ 应力 随之增 大 ，且
压力越大Ｏ 形橡胶 密封 圈越容易挤 出损坏 。 （ ２）在 环境温 度变化 时 ，Ｏ 形橡 胶密 封 圈的 应力 和应变变化 ，其Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应力随着温度 的升高
度分布 ，然后 由热弹性力学方程求 出应力和位移 。 近 代 的线性 热应 力理 论 是 由法 国 的杜哈梅 尔 和德 国的诺 依曼 于１ ８ ３ ５ 年提 出 ，简称 杜哈梅尔 一 诺 依曼理论 】 。热 弹性力学作 为弹性力学 的一部分 ，
其解题思路与 弹性力学一致 ，只是要将温 度变化 产 生 的应力 、应变用热 弹性力 学原理计算 出来 。根据
・
１ ８ ・
Ｊ± 【Ｊ
Ｉ Ｖ ｌ ７
Ｔｈ ｅ ｏ ｒ ｙ’ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
２ ０ Ｉ ３年第 ６期
图５ ｏ形 橡 胶 密 封 圈在 不 同温 度 下 的 Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力 变化
３ 结 论
图４ ２ ５℃时Ｏ形橡胶 密封 圈１ ＭＰ ａ 压 力下
摘要 ：建２ ０ 形橡胶密封 圈平面轴对称有 限元模 型 ，采用Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 有 限元软 件的 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模型 ，分析Ｏ 形橡胶 密封 圈加压后 的Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应力分布及温度对应力 的影 响 。结果 表明 ，０ 形橡 胶密封 圈应力与温度呈 一次线性关 系 ，温度变化 对Ｏ 形
真 ，然后改变温度 ，进行热应力分析 ，通过对 比不
同仿真结果得 出应力与温度 的关系 。
（ １ ＋ ／ ． ｔ ） （ １ － ２ ／ ． ｔ ）
（ ３）
（ ４）
１ 热弹性 力学理论
众所周知 ，当温度改变 时 ，物体 由于外在约束
与 内部约束 的相互作用 ，不能完全 自由膨胀 而产 生 应力 ，该应力称 为热应力 ，也 叫变温应 力Ｉ ３ １ 。热 应
对比图4与图l可以看出最大应力由1973mpa变为2081mpa时0形橡胶密封圈的形状发生理论?研究theoryreseamh图2预压缩率10时o形橡胶密封圈5mpa压力下的vonmises应力云图图3预压缩率10时o形橡胶密封圈10mpa压力下的vonmises应力云图了细小的变化内部网格发生了滑移
线性 热应力 理论 ，微 元体 的总应变 由２ 部分组 成 ： 是由应力引起的应变 ，二是 由温度变化引起 的应
一
２ ． １ 模 型 建 立
研 究选 用 Ｏ 形 丁 腈橡 胶 密 封 圈 ，其 内径 为 ５ ０
ｍｍ ，截 面 直 径 为 ７ ｍｍ ，邵 尔 Ａ 型 硬 度 为８ ０ 度；