矩形橡胶密封圈的有限元分析

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气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究

气缸盖螺栓密封圈密封性有限元分析与试验研究李利平【摘要】运用有限元理论与ABAQUS分析计算软件，建立某乘用车发动机气缸盖螺栓密封圈与缸体装配体的有限元计算模型，计算密封圈在装配状态下的最大接触压力和Von Mises应力，并采用静态面压试验进行验证。

结果表明，该密封圈满足密封性与强度设计要求，具有足够的安全裕度；仿真分析结果与试验结果吻合较好，验证了有限元分析方法的合理性。

分析密封圈与缸体的摩擦因数与密封介质压力对密封性能的影响。

结果表明，密封圈与缸体的摩擦因数对密封性能影响较小；接触面上的最大接触压力随着密封介质压力的增大而增大，密封性能随之增强。

%Based on finite element theory and ABAQUS software,a finite element discrete model of seal ring-cylinder assembly for a passenger car engine cylinder head bolts was built.The contact pressure and Von Mises of seal ring were calculated and the calculated results were compared with static surface pressure test results.The results show that the seal ring meets the conditions of sealing performance and strength design,which has enough safety margin of sealing perform-ance.The simulation results agree well with the test results,which prove that the finite element simulation model is cor-rect.Some factors influencing sealing properties were analyzed,such as friction coefficient between seal ring and cylinder as well as media pressure.The results indicate that the friction coefficient has a little influence on sealing performance. The maximum contact pressure in the sealing surface is increased with the increase of media pressure,and the sealing per-formance is improved significantly.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(000)009【总页数】4页(P87-90)【关键词】气缸盖;密封圈;密封性;静态面压试验【作者】李利平【作者单位】华南理工大学广州学院广东广州510288【正文语种】中文【中图分类】TH136橡胶密封圈结构简单，制造方便，尺寸与弹性稳定性高，在机械密封结构中广泛应用。

橡胶结构有限元分析收敛问题的对策

根据Ｙｘ密封圈、孔轴、密封沟槽边界条件以及ＡＮＳＹＳ的功能，Ｙｘ密封圈的有限元模型简化为平面对称模型，Ｙｘ密封圈截面结构及尺寸参照国家标准ＯＢ／ＺＱ４２６５—１９９７，轴用Ｙｘ形密封圈》哆进行建模，按公称内径为ｄ＝３００ｍｍ的轴用Ｙｘ密封圈建模，弹性模量取为７．８ＭＰａ，泊松比为０５（不可压缩材料）。密封圈的硬度相对于金属材料的轴、孔，非常之小，轴、孔的变形相对密封圈可以忽略不计，因此以刚体一柔体的面一面接触单元ＴＡＲＧＥｌ６９一
需要进行迭代，而是在方程里直接求出接触力（接触压力）：瓦＝ｎ
Ｆｅｏｎｔａｅｔ。从而，拉格朗日乘子法不需要定义人为的接触刚度去满足接触面间不可穿透的条件，可以直接实现穿透为零的真实接触条件，这是罚函数法所不可能实现的。
４．４载荷步与载荷子步
４．４．１载荷步
关于载荷步的设置，小的载荷步增量比大的载荷步增量更有利于计算的收敛。实践证明，在进行橡胶之类材料大变形分析中，采用合理的多载荷步将载荷逐步加载到结构上，其收敛速度
２２５００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒ
ａｔ
ｔｈｅ
ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｏｆ
ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅ
ｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ
ｎｏｎｌｉｎｅａｒ
ａｎｄｃｏｎｔａｃｔ
ｔｈａｔｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓ
ＣｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｔｈｅＣｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅＰｒｏｂｌｅｍｓｉｎＲｕｂｂｅｒＳｔｒｕｃｔｕｒｅ’ＳＦＥＡ
ＸＩＡＷｅｉ－ｍｉｎｇ，ＬＵＯＧｕｉ－ｌｉｎ，ｊＩＫｕ．ａｎ－ｂｉｎ（ＪｉａｎｇｓｕＧｕｏｌｉＦｏｒｇｉｎｇＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＪｉａｎｇｓｕＹａｎｇｚｈｏｕ

基于有限元分析的矩形橡胶密封圈密封性能研究

基于有限元分析的矩形橡胶密封圈密封性能研究
何广德;谭永发;洪玮;宁再励
【期刊名称】《液压气动与密封》
【年(卷),期】2014(034)007
【摘要】针对矩形橡胶密封件,论述了密封圈的密封机理和材料的本构模型,运用有限元分析技术,分析了矩形密封圈的压缩率、温度和油压对Von Mises应力和接触应力的影响.结果表明:矩形密封圈压缩率、温度和油压对Von Mises应力和接触应力有很大影响,为密封圈的设计提供了理论依据.
【总页数】3页(P35-36,39)
【作者】何广德;谭永发;洪玮;宁再励
【作者单位】安徽中鼎密封件股份有限公司,安徽宁国242300;安徽高性能橡胶材料及制品省级实验室,安徽宁国242300;安徽中鼎密封件股份有限公司,安徽宁国242300;安徽中鼎密封件股份有限公司,安徽宁国242300;安徽中鼎密封件股份有限公司,安徽宁国242300
【正文语种】中文
【中图分类】TB42
【相关文献】
1.矩形橡胶密封圈的有限元分析 [J], 谭晶;杨卫民;丁玉梅;李建国;杨维章;鲁选才;唐斌
2.O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析 [J], 谭晶;杨卫民;丁玉梅;杨维章;鲁选才;
唐斌
3.基于ANSYS的Y形橡胶密封圈密封性能研究 [J], 王琦;张付英;姜向敏
4.矩形橡胶密封圈的有限元分析及优化 [J], 韩传军;张杰
5.基于Ansys的O形橡胶密封圈密封性能及可靠性研究 [J], 赵敏敏; 黄乐; 张岐; 夏迎松; 平力
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矩形橡胶密封圈的有限元分析

圈由于所计算的几组压缩量未达到其实现密封所需的
压缩量而使密封面处接触压力非常小且不能实现密
Байду номын сангаас
封。由于橡胶圈在压缩率过大情况下 , 会慢慢自然老
化 , 降低弹性 , 产生永久变形 , 且部分胶料被挤入间
隙 , 造成破坏 , 导致密封失效。因此矩形圈的老化速
度相比 O 形圈会相对较慢。
图 8 密封圈有工作压力下接触压力图
向的位移都定义为 0。模型中共有 909 个单元 , 1
041个节点。求解时按照 2 个载荷步进行求解 , 由缸
筒施加的作为压缩量的 X 方向位移定义为第一个载
荷步 , 施加在未与密封槽接触一侧的用来模拟密封圈
受到的外加工作压力定义为第二个载荷步 , 有限元模
型如图 5所示。
表 1 2种密封截面尺寸的比较表
随压缩量 (即压缩率 ) 的变化曲线 , 可看出在压缩
量、工况且沟槽尺寸均相同的情况下矩形圈密封面处
最大接触压力较 O 形圈大得多 , 且矩形圈的密封面
处最大接触压力随着压缩量的增大而逐渐增大 , 矩形
圈在很小压缩量的情况下可实现密封 , 在压缩率超过
推荐值时密封面处最大接触压力急剧增大 ; 而 O 形
3 基金项目 : 国防科工委十五 (二期 ) 重点攻关项目 (mkp t2 2004229) 1 收稿日期 : 2006 - 07 - 17 作者简介 : 谭晶 ( 1980—) , 女 , 博士研究生 , 主要研究方向 : 橡胶密封 1E2mail: 2005080037@ grad1buct1edu1cn1
2007年第 2期
谭晶等 : 矩形橡胶密封圈的有限元分析
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(机械车辆工程专业论文)机车车辆中常用橡胶件的有限元分析

１．通过阅读大量文献资料，详细描述了橡胶材料的力学特性，材料本构模型的分类方法；总结了橡胶弹性元件在机车车辆上的重要作用；分析了有限元法在橡胶产品中的应用；概括了机车车辆上常用的橡胶弹性元件。
２．论述了非线性橡胶材料的混合有限单元法，以及ＡＢＡＱＵＳ软件的非线性有限元法，详细比较了ＡＢＡＱＵＳ软件Ｓｔａｎｄａｒｄ和Ｅｘｐｌｉｃｉｔ两个求解器。橡胶的静态有限元分析，可以采用Ｓｔａｎｄａｒｄ求解器，但是橡胶的动态有限元分析以及复杂的接触分析，则采用Ｅｘｐｌｉｃｉｔ求解器。
通过对机车车辆系统的分析较准确地得到产品在系统运行过程中的主要承受的载西南交通大学硕士研究生学位论文荷形式和载荷大小再运用有限元法建立与实际相符合的产品数值模型就可以准确计算出橡胶零件的应力或应变集中区域预测产品疲劳破坏的位置从而找出产品最薄弱环节为产品的结构优化提高疲劳性能奠定基础
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
但是，由于橡胶材料的双重非线性和体积不可压缩性，使得橡胶材料力学问题的理论计算十分困难，随着计算机的迅速发展和有限单元法计算技术的发展，使得数值计算方法解决橡胶材料的力学问题变得可能。
在橡胶制品的设计过程中，应用有限元仿真技术进行静、动态性能的预测分析和设计改进，进而实现橡胶制品的优化设计，可以有效提高橡胶件的设计质量，缩短产品开发周期，降低试制和实验的消耗。本文在总结前人的橡胶制品有限元分析的基础上，应用有限元仿真技术对机车车辆中常用的橡胶件进行有限元分析。本文的主要研究内容大致可以归为以下几个方面：
ｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇｓ；ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｒｕｂｂｅｒｅｌａｓｔｉｃｅｌｅｍｅｎｔ’Ｓ

矩形密封圈密封性能参数的两种解法比较

ＡｂｔａｔＴｅｓａｅｆｒｎｅｐｒｍｅｅｓｏｅｉｒｃｔｎｅｔｎｕａｅｌｒａｃｌｔｄｗｉｎｅｓｔｏｎｓｒｃ：ｈｅｐｒｏｍａｃａａｔｒｆｒｃｐｏａｉｇｒｃａｇｌｒｓａｓｗｅｅｃｌｕａｅｔｉｖｒｅｍｅｈｄａｄｌｈｄｒｃｔｏＩｎｅｅｍｅｈｄ，ｉｆｍｈｃｎｓｎｅｅｋｇｒａｃｌｔｄａｃｒｉｇｔｙｒｄｎｍｉｒｓｕｅｉｅｔｍｅｈｄ．ｎｉｖｒｔｏｏｌｉｓｌｔｉｋｅｓａｄｎｔｌａａｅｗｅｅｃｌｕａｅｃｏｄｎｏｈｄｏｙａｃｐｅｓｒ
矩形密封圈密封性能参数的两种解法比较
张付英王世强张青青
天津３０２）０２２
，
（天津科技大学机械工程学院
摘要：分别用顺解法和逆解法计算矩形密封圈的密封性能参数。逆解法是根据膜压分布曲线求解密封圈的油膜厚度和泄漏量，顺解法则是根据预设的膜厚和流槽形状求解油膜压力和油膜厚度分布及泄漏量。结果表明，基于有限元分析软件获得矩形密封圈的压力分布曲线用逆解法求解密封参数方法简单，但由于在有限元分析过程中对模型进行了简
ｒｓｌｓｓｏｈｔｔｅｉｖｒｅｍｅｈｄｉｉｌｒｂｔｌｓｒｃｓｈｎｄｒｃｔｏｂｃｕｅｏｅａｓｍｉｇ，ｉｌｆａｉｎｅｕｔｈｗｔａｈｎｅｓｔｏｓｓｍｐｅｕｅｓｐｅｉｅｔａｉｔｍｅｈｄ，ｅａｓｆｔｓｕｎｓｍｐｉｃｔｅｈｉｏａｄｔｇｏｉｇｏｎｆｅｔｆｃｏｎｔｉｔｏ．ｎｄｒｃｔｏｔｅｆｓｏｖｒｅｃｔｏｓｒｑｉｅｎｈｅｉｎｒｎｆｍａｙｅｆｃａｔｒｉｈｓｍｅｈｄＩｉｅｔｍｅｈｄ，ｈａｔｃｎｅｇｎｅｍｅｈｄｉｅｕｒｄ．ｓ

橡胶密封制品的有限元模拟与结构优化

2、橡胶制品有限元分析具体案例分析
(1)轮胎分析：通过有限元分析，可以对轮胎的力学性能进行精确预测，从而优化其结构设计，提高轮胎的使用性能和安全性。例如，对轮胎进行静力学分析，可确定轮胎在不同工况下的变形和应力分布情况，避免轮胎在极端工况下出现损坏或失稳现象。
(2)传动带分析：传动带是机械系统中重要的元件之一，其性能直接影响到整个系统的稳定性和效率。通过有限元分析，可以对其传动力、传动效率、振动等性能进行评估，进而优化传动带的设计和生产工艺。例如，对传动带进行动力学分析，可确定其在不同转速和负载下的振动和疲劳寿命，提高传动系统的稳定性和效率。
三、橡胶动态性能有限元分析的未来展望
随着科技的不断发展，有限元分析在橡胶动态性能研究中的应用将更加广泛。新的算法和计算能力的提升将使得对橡胶制品的动态性能进行更精细的模拟成为可能。同时，随着材料科学和实验技术的发展，将为有限元模拟提供更准确的材料模型和边界条件，从而进一步提高模拟的准确性。
橡胶密封制品的有限元模拟与结构优化
基本内容
橡胶密封制品在工业和日常生活中应用广泛，如汽车、航空航天、电子产品等领域。它们起着至关重要的作用，不仅可以防止气体和液体的泄漏，还可以防止灰尘和污垢的侵入。为了提高橡胶密封制品的性能和可靠性，有限元模拟和结构优化成为越来越重要的工具。
有限元模拟是利用数学方法模拟真实物理系统的过程，以获得系统在不同条件下的行为和性能。在橡胶密封制品的有限元模拟中，通常选用橡胶材料属性，如弹性模量、泊松比、剪切模量等，来描述其力学行为。同时，有限元模拟可以预测和优化橡胶密封制品的结构，以获得最佳的性能。
结论：
有限元数值模拟已成为工程设计和科学研究的重要工具，对于橡胶制品的动态性能分析具有特别的价值。通过对橡胶动态性能进行有限元模拟，我们可以预测制品在实际工作环境下的行为，优化设计以改善其性能，并提高产品的可靠性和使用寿命。

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期扩大的范围内建立接触单元.本文针对不同的实际边界条件划分了接触单元,其中包括面对面接触单元和点对面接触单元.针对不同的实际问题对模型施加适当的边界条件,在施加过程中考虑了保证求解成功及力学模型合理等问题,如消除O 形圈整体的刚体位移和刚性转动,消除大变形可能产生的过约束等.此外,由于橡胶密封问题是一个几何非线性、材料非线性及非线性接触的结构力学问题,所以对有限元计算过程的参数控制是十分重要的.如果不能够很好的处理其中的算法设置、迭代设置、收敛准则和收敛精度等,就很可能出现得不到结果以及耗费计算机资源过大或计算时间过长等现象.例如收敛精度设置太小使得收敛困难和求解代价过高,太大又会使得求解不准确.在求解之前,需要针对每个问题中O形圈可能产生的变形程度对各控制参数进行调整.图1　O 形圈三维实体单元截面图图2　密封结构部分有限元网格 3　分析内容及结果讨论采用上述有限元模型,对O 形圈在同轴度取不同值的情况下进行了多方案分析,由此得到同轴度对密封的影响规律.并对橡胶圈在安装过程中可能产生的扭曲变形进行了探索性分析.311　同轴度影响密封沟槽的同轴度对O 形圈的密封性有不容忽视的影响:①当密封沟槽的同轴度较差时,使O 形圈的一部分压缩过大,另一部分压缩过小或不受压缩,造成在圆周上密封接触带宽度不等.当沟槽的同轴度大于O 形圈的压缩量时,密封会完全失效.②O 形圈沿圆周压缩不均,加之橡胶圈实际结构断面直径、材质硬度和润滑油膜不均匀以及沟槽表面光洁度低等因素,导致O 形圈的一部分沿工作表面滑动,另一部分在工作表面滚动,造成O 形圈的扭转.提高密封沟槽的制造精度,减小同轴度,是保证O 形圈具有可靠的密封性和寿命的重要措施.不少国家对此都有严格的要求.本文通过所建立的三维有限元分析模型对此问题进行了较精确的分析,量化了同轴度的影响规律,这对于准确研究此类问题具有一定的参考价值.在本文的讨论中,定义同轴度为轴心距与预压缩量的比值.从所得到的结果可以发现,同轴度大于0造成橡胶圈各截面的径向应力以及边界上的接触应力明显不同.本文对所计算的・13・　第4期陈　宏等:橡胶密封圈三维接触问题的有限元分析实际问题在同轴度为50%和80%两种情况进行比较,当同轴度为50%时,外侧壁的最大接触应力与最小接触应力的比值为11207 01373=31256,而当同轴度为80%时,外侧壁的最大接触应力与最小接触应力的比值为11404 01024=58150.对密封接触带宽进行比较,当同轴度为80%时,最小接触应力一侧的接触带宽几乎为0.所以,在受到被密封液体应力作用时,由于两侧接触带宽和接触压力具有极大差别,所以极易产生扭曲和泄漏.通过分析可以发现,同轴度对小截面的橡胶圈影响较大,因此在采用小截面密封圈时更需要保证密封结构的同轴度尽量小.312　扭曲变形影响根据有限元分析和关于静密封的原理,O 形密封圈在满足稳定和均匀接触的条件下可以达到自密封,即密封液的压力的增加不会造成密封失效[2,3].而经验表明在发动机零部件中经常发生高压液体密封泄漏.因此,出现显著泄漏的原因在于自密封状态被破坏,这很有可能是由于各种因素的影响导致O 形圈扭曲变形(如图3所示),从而使O 形圈失去自密封位置和形态.图3　扭曲工况下的截面变形本文对O 形圈的扭曲变形进行了分析.在分析中,采用对O 形圈的对称的两个截面施加不同的边界条件模拟了扭曲.相对而言,摩擦对于O 形橡胶圈动密封的影响较静密封的影响要大得多,但是,在出现橡胶圈非正常变形时,考虑O 形圈恢复到正常的能力就与摩擦直接相关了.如果摩擦力过大,则O 形圈恢复到正常形状的可能性就越小,而摩擦力越小,这种恢复的可能性就越大.由分析可以看出,如果摩擦系数为0,所施加的初始扭曲变形最终会由于橡胶的弹性恢复而消除,这便达到自密封状态.而当摩擦系数达到一定值后,所施加的扭曲变形被残留下来,造成橡胶圈在圆周上接触不均匀,这就是可能破坏自密封的原因.由扭曲的分析结果还可以看到,当橡胶圈发生扭曲的时候,最大等效应力点处在施加扭曲的位置.如果安装过程造成不可恢复的扭曲,则扭曲位置长期处于应力集中状态就很容易造成材料破坏.参考文献1　左正兴,廖日东112150柴油机橡胶密封圈的有限元分析1内燃机工程,1996(2)2　B X 阿弗鲁辛科1橡胶密封1北京:北京机械工业出版社,19833　R H 沃林1密封件与密封手册1北京:北京国防工业出版社,1990(下转第45页)・23・兵工学报・坦克装甲车与发动机分册1999年　The Rem oval of Comm on Fuel L i ne M alfunction sof D iese Eng i neFeng Xunx in L iu J ianguo Feng B ing Zhang J ingp ing(O rdance Engineering In stitu te ,Sh i J ia Zhuang 050003)Abstract T h is p ap er analyzes the comm on fuel line m alfuncti on s of diesel engine and gives the rem oval m ethods.Key words engine ;fuel line ;m alfuncti on ;rem oval(上接第32页)FE M Analysis of 3D Con tact Problem i nRubber Seali ng R i ngChen Hong Zuo Zhengx ing L iao R idong(Beijing In stitu te of T echno logy ,Beijing 100081)Abstract T he p ap er analyzes the 3D m odel of rubber sealing ring w ith fin ite ele 2m en t m ethod .Con sidering the hyp er 2elasticity and con tact case ,it researches the ef 2fect on sealing and con tact by the coaxality of the sealed structu re and the disto rti on of the rubber ring du ring assem b ly .A s the influence p attern s are analyzed ,som e po ssib le facto rs resu lted in sealing failu re are found .Key words fin ite elem en t m ethod ;rubber sealing ring ;structu ral analysis ・54・　第4期冯勋欣等:柴油机油路常见故障的排除。

橡胶密封件的失效分析

橡胶密封件的失效分析橡胶密封件常见的失效原因主要有4种：设计错误、选材错误、密封件质量问题和使用不当。

1. 设计错误设计错误通常是由於设计人员对产品认识不足造成的。

比如对密封件承受的压力估计不足、对密封面上接触应力分布的认识有误、安放密封件的沟槽设计不合理等。

有限元分析(FEA)常常被用来辅助密封件的设计和失效分析。

我们曾为某美国客户做过一个密封件，该密封件以塑料为主体，局部包上橡胶。

客户在检测零件的过程中发现，塑料部分在测试时容易破裂，从而得出结论是：塑料件在二次成型时(即将橡胶包覆在塑料件上)被损坏了。

经我们分析後发现，塑料件都是在一个地方破裂的。

通过有限元分析，我们发现，塑料件的破损部位实际上是密封件受到最大应力的地方，此处应力已经远远超过塑料所能承受的。

如果在设计的时候客户就用有限元方法分析过该产品，不但可以避免类似的错误，还可以节省其时间和金钱。

当然，想要成功的分析预测橡胶密封件的性能，不但要有合适的有限元分析软件，还要有丰富的材料经验、建模经验和长期的数据积累。

2. 选材错误常用的橡胶密封材料有三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、硅橡胶(VMQ)、氟橡胶(FKM或者FPM)和氯丁橡胶(CR)等。

这些橡胶的特性各不相同，应用也不同。

选择材料要从多方面考虑，比如使用温度、材料是否耐受介质、材料的硬度、压缩永久变形和耐磨性等各种因素。

选材错误常常是因为设计人员对各种材料的性能不熟悉。

一个经验丰富的橡胶密封件供应商能一开始就指出选材的问题。

我们有个国内客户不喜欢正在使用的O圈，因为这个O圈很容易坏。

我们检查了更换下来的样品，发现样品表面有龟裂，纹路很像臭氧老化。

我们又询问了O圈的使用环境，发现周围有很多机械设备和电动马达。

这下答案就有了：电动马达的火花能产生臭氧，造成了局部小环境臭氧浓度较高；而客户所选材料为丁腈橡胶，不耐受臭氧。

为了验证结论，我们在实验室臭氧老化箱中做了测试，结果客户提供的新O圈表面也出现了类似的裂纹。

橡胶件的静、动态特性及有限元分析

橡胶件的静、动态特性及有限元分析北方交通大学硕士学位论文橡胶件的静、动态特性及有限元分析姓名：郑明军申请学位级别：硕士专业：车辆工程指导教师：谢基龙2002.2.1file:///E|/Material/new download/Y476948/Paper/pdf/fm.htm2007-7-3 11:31:00目录文摘英文文摘第一章绪论1.1引言1.2选题背景1.3本论文的主要研究内容第二章橡胶类材料的本构关系2.1引言2.2橡胶材料的本构关系2.2.1橡胶材料的统计理论2.2.2橡胶材料的唯象理论2.3橡胶材料的应力应变关系2.4小结第三章非线性橡胶材料的有限单元法3.1引言3.2非线性橡胶材料的罚有限元法3.3非线性橡胶材料的混合有限元法3.4非线性橡胶材料的杂交有限元法3.5ANSYS软件的非线性有限元分析方法3.6小结第四章橡胶材料常数的研究4.1引言4.2测定橡胶材料常数的实验方法4.3 Mooney-Rivlin型橡胶材料常数C1和C2的测定4.4橡胶硬度对Mooney-Rivlin型橡胶材料常数的影响4.4.1橡胶硬度与弹性模量的关系4.4.2橡胶柱的压缩试验4.4.3橡胶柱的有限元分析4.4.4橡胶支座的有限元分析4.4.5不同硬度下橡胶材料常数C1和C2的确定5小结第五章橡胶夹层的断裂分析5.1引言5.2双悬臂橡胶夹层梁的有限元分析5.2.1试验研究5.2.2有限元分析5.2.3计算结果分析5.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.3.1双悬臂橡胶夹层梁界面J积分5.3.2双悬臂橡胶夹层梁应变能释放率G 5.3.3双悬臂橡胶夹层梁的断裂力学分析5.4双剪切橡胶夹层的有限元分析5.5双剪切橡胶夹层的断裂力学分析5.5.1双剪切橡胶夹层界面断裂韧性5.5.2双剪切橡胶夹层的断裂力学分析6小结第六章橡胶弹性车轮动态特性分析6.1引言6.2橡胶弹性车轮的特点6.3橡胶弹性车轮的结构6.4橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.1橡胶弹性车轮的有限元分析6.4.2橡胶弹性车轮的减振效果6.4.3橡胶硬度对弹性车轮动态特性的影响6.5小结第七章结论7.1橡胶材料常数的研究7.2橡胶夹层的断裂分析7.3橡胶弹性车轮动态特性分析参考文献致谢。

基于有限元的O形密封圈密封性能分析[文档资料]

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。

橡胶密封件的失效分析

橡胶密封件的失效分析橡胶密封件在工业生产中扮演着重要的角色，如油封、O型圈等，它们起到了密封、防尘、防水和减震等功能。

然而，在使用过程中，橡胶密封件会遇到一些失效问题，如老化、损伤和磨损等。

本文将对橡胶密封件的失效进行分析和解决方案的提出。

首先，橡胶密封件的失效主要有以下几个方面。

1.老化失效：橡胶密封件在潮湿、高温或紫外线照射等环境中容易发生老化，导致硬化、变脆和开裂等失效现象。

这可能是由于橡胶材料中的添加剂分解、聚合物链断裂或弹性恢复力下降等引起的。

解决该问题的方法可以是增加橡胶材料中的防老化添加剂，降低橡胶材料的老化速度。

2.损伤失效：橡胶密封件在安装和使用过程中可能会受到物理损伤，如划痕、撕裂和穿孔等。

这种损伤可能是由于安装时的不当操作、摩擦或碰撞等引起的。

解决该问题的方法可以是提高人员操作的技术水平，减少橡胶密封件与其他物体的接触或改进橡胶密封件的抗损伤能力。

3.磨损失效：橡胶密封件在高速旋转或长期工作状态下容易发生磨损失效，导致泄漏和密封性能下降。

这种磨损可能是由于工作介质的侵蚀、颗粒物的磨损和接触表面的摩擦等引起的。

解决该问题的方法可以是更换耐磨性更好的橡胶材料、提高橡胶密封件的硬度和强度，或添加润滑剂和涂层等。

为了有效解决以上失效问题，我们可以采取以下几种措施。

1.选择合适的橡胶材料：不同工作条件下需要选择具有不同特性的橡胶材料。

如在高温环境下，可以选择耐热性能较好的硅胶密封件；在耐腐蚀环境下，可以选择具有良好耐化学腐蚀性能的氟橡胶密封件。

2.优化设计和制造工艺：合理的设计和制造工艺可以提高橡胶密封件的密封性能。

例如，合理选择密封截面形状、优化尺寸和减少表面粗糙度等。

3.定期检查和保养：及时发现橡胶密封件的问题，如老化、损伤和磨损等，并采取相应的措施予以修复或更换。

4.正确使用和维护：严格按照使用说明书中的要求进行使用和维护，避免因操作不当导致的失效。

总之，橡胶密封件的失效是多方面因素综合作用的结果，需要综合考虑材料的选择、工艺的优化和使用维护的合理性。

矩形橡胶密封圈的有限元分析及优化

对矩形密封圈与槽壁接触一侧倒角后，可以有效提高密封性能。
关键词：橡胶；矩形密封圈；应力；密封；有限元分析中图分类号：ＴＱ３３６．４２；Ｏ２４１．８２文献标志码：Ａ文章编号：１０００ — ８９０Ｘ（２０１３）０２ — ００９８ — ０６
在有限元分析软件Ａｂａｑｕｓ中建立矩形密封圈、轴筒和凹槽的二维轴对称有限元模型。轴筒和凹槽的材料为钢，弹性模量为２．１ ×１０ＭＰａ，泊松比为０．３，密度为７．８Ｍｇ・ｍ。橡胶的密
图１矩形密封圈断面
本研究选用Ｍｏｏｅｙ — Ｒｅｖｌｉｎ模型描述橡胶超弹性材料在大变形下的力学特性。其函数表达
式为］：
Ｗ — Ｃ１（１ — ３）＋Ｃ２（Ｉ２— ３）（１）
式中，ｗ为应变能密度；Ｃ和Ｃ为Ｍｏｏｎｅｙ — Ｒｉｖ —
ｌｉｎ模型材料系数；和Ｉ为第一、第二应变张量
不变量。
应力（）与应变（￡）的关系为
口一ａＶ／ａｅ（２）
１．２有限元前处理
１有限元模型建立１．１密封圈材料本研究选取ＤＫ系列矩形密封圈，内径为４５
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１００４０８３）；中国博

橡胶结构有限元分析收敛问题的对策

需要进行迭代，而是在方程里直接求出接触力（接触压力）：瓦＝ｎ
Ｆｅｏｎｔａｅｔ。从而，拉格朗日乘子法不需要定义人为的接触刚度去满足接触面间不可穿透的条件，可以直接实现穿透为零的真实接触条件，这是罚函数法所不可能实现的。
４．４载荷步与载荷子步
４．４．１载荷步
关于载荷步的设置，小的载荷步增量比大的载荷步增量更有利于计算的收敛。实践证明，在进行橡胶之类材料大变形分析中，采用合理的多载荷步将载荷逐步加载到结构上，其收敛速度
有限元模型根据yx密封圈孔轴密封沟槽边界条件以及ansys的功yx封圈的有限元模型简化为平面对称模型yx密封圈截能面结构及尺寸参照国家标准jbzq42651997轴用yx形密封7圈进行建模按公称内径为d300mm的轴用yx密封圈建模2mooneyrivlin材料模型yx橡胶密封圈采用的是tpu聚氨酯材料工程上主要是以连续介质力学为基础橡胶材料被认为是超弹性近似不可压缩体弹性模量取为78mpa泊松比为05不可压缩材料
万方数据
２６６
夏Ｙ－ｑｌ等：橡胶结构有限元分析收敛问题的对策
第７期
ＣＯＮＴＡｌ７１或ＴＡＲＧＥｌ６９一ＣＯＮＴＡｌ７２来模拟Ｙｘ密封圈对轴和沟槽的非线性接触行为，橡胶单元采用不带中间节点的平面ＰＬＡＮＥｌ８２或带中间节点的平面ＰＬＡＮＥｌ８３超弹性单元来模拟，分别采用高阶单元和低阶单元进行计算，以验证不同单元的收敛性（ＡＮＳＹＳ较早的版本采用ＨＰＰＥＲ５６，ＨＰＰＥＲ７４等超弹性单元），设置单元关键字ＫＥＹＯＰＴ（３）＝２来模拟平面应变（Ｐｌａｎｅｓｔｒａｉｎ）问题，使用Ｕ—Ｐ单元公式计算超弹性问题。轴圆柱面接触线和密封沟槽界限划分为刚性目标单元ＴＡＲＧＥｌ６９，密封圈与之产生接触的边线划分为接触单元ＣＯＮＴＡｌ７１或ＣＯＮＴＡｌ７２（ＣＯＮＴＡｌ７１单元与ＰＬＡＮＥｌ８２单元对应使用，ＣＯＮＴＡｌ７２单元

密封圈热-结构耦合场参数化有限元分析

第９期
杨秀萍等．密封圈热一结构耦合场参数化有限元分析
５４７
密封圈热一结构耦合场参数化有限元分析
杨秀萍。，于润生，刘学新
（１．天津理工大学天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室，天津
密封圈广泛应用于石油机械设备中，在采油
生产中具有举足轻重的作用。如隔水管泄漏还会污染海洋
复杂的材料非线性、接触非线性和几何非线性，目前普遍采用的橡胶材料模型为近似不可压缩弹性
天津３００３８４）
３００３８４；２．天津理工大学机械工程学院，
摘要：应用超弹性理论和传热学原理，对带有挡圈的０形密封圈热一结构耦合场进行有限元分析，研究工作参数对密封圈性能的影响。结果表明：密封圈的根部以及与缸壁接触部位变形较大，最大Ｍｉｓｅｓ应力发生在根部；工作压力
圈的研究主要集中在应力、应变等结构力学特性
Ｍｏｏｎｅｙ－Ｒｉｖｌｉｎ模型，已知橡胶邵尔Ａ型硬度为８５
度，计算得到弹性模量Ｅ一１３．８ＭＰａ，Ｒｉｖｌｉｎ系数
Ｃ１０ —１．８４，Ｃｏ１＝＝：０．４６，取泊松比一０．４９９［５］。

橡胶有限元分析之研究_魏泳涛

{
W U}
d
V
V 罚{Wp} dV
T
-
{ F}
0 T= 1
( 18)
式中, 为不平衡力向量, { U} 、{ p} 为位移和静水压力的插值向量, { F} 为外载荷的等效
节点力向量。方程( 18) 通常是高度非线性的, 可用 N ew ton - Rap hson 迭代法进行求解。
[ K UU ] ( n)
函数:
W = C1( I 1 - 3) + C2( I 2 - 3)
且
I3 = 1
( 1)
其中 C 1、C2 为材料常数, I 1、I 2 和 I 3 分别是 Cauchy - Green 变形张量的三个不变量。
不可压缩超弹材料用物质描述的应力 - 应变关系为[ 2]
收稿日期 1996 - 09 - 17
V
( 21)
[ Kuu] =
V
2W {U}
2
d
V
=
[ B] T
V
[ D]
[ B] dV+
[ G] T
V
[ M]
[ G] dV
( 22)
[ KUp] =
V
{
2W U} {p}
d
V
=
-
I035 V {}
{} { U}
[ Np] dV =
[ B] T
V
I
05 3
{}
[ Np] dV
( 23)
[ Kpp] =
应用罚有限元法的优点是概念简单, 可完全采用位移有限元分析的一切概念。由于计
算静水压力 p 采用的是式( 7) , 而式( 7) 本身又是一个极限过程, 因此罚因子应取得足够

基于有限元分析的矩形橡胶密封圈密封性能研究

（１．ＡｎｈｕｉＺｈｏｎｇｄｉｎｇＳｅａｌｉｎｇＰａｒｔｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｇｕｏ２４２３００，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｎｈｕｉＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＲｕｂｂｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓ＆ＰｒｏｄｕｃｔｓＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｎｉｎｇｇｕｏ２４２３００，Ｃｈｉｎａ）
１．２本构模型
Ｏ引舌
矩形橡胶密封圈的矩形截面形状．使其工作过程中具有较大的接触面积．从而可以承受较高的密封压
的接触应力不小于被密封压力。即：（ｒｏｘｍａｘ ≥ｐ（１）
（２）剪切应力准则。密封圈在工作中的最大应力应小于橡胶材料的许用抗剪强度，即：ｏｒ＜Ｊｒｂ】
中图分类号：ＴＢ４２文献标识码：Ａ文章编号：１００８ — ０８１３（２０１４）０７ — ００３５ — ０３
ＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｇｔｈｅＳｅａｈｎｇＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅＲｅｃｔａｎｇｕｌａｒＲｕｂｂｅｒＳｅａｌｓＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＦＥＡＨＥＧｕａｎｇ－ｄｅ，ＴＡＮＹｏｎｇ－ｆａ，ＨＯＮＧＷｅｉ，ＮＩＮＧＺａｉ－ｌｉ

橡胶有限元分析基础PPT33页

法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处罚才能使犯罪得到偿还。— —达雷尔
50、弱者比强者更能得到法律的保护。—— 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。 ——刘向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好的教师是幸福，不如说好的教师是不幸。 ——海贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦。——杰纳勒尔·乔治·S·巴顿

橡胶矩形密封圈结构设计

橡胶矩形密封圈结构设计
橡胶矩形密封圈是一种常见的密封元件，常用于管道、容器和机械设备等领域。

其结构设计应遵循以下原则：
1. 材料选择：选择具有良好耐热、耐油、耐化学腐蚀等性能的橡胶材料，如丁腈橡胶（NBR）、氟橡胶（FKM）等，以满足不同工况下的密封要求。

2. 密封圈形状：矩形密封圈通常具有矩形截面形状，可以根据实际应用需求设计不同的截面尺寸和几何形状，如平面矩形、U型矩形、L型矩形等。

3. 强度设计：根据工作压力、温度和介质等参数，计算出密封圈的最大压缩变形，以确定弹性设计，保证密封圈在工作过程中的正常密封性能。

4. 安装方式：密封圈的结构设计应考虑其安装方式，可设计成轴向安装、面间安装、卡槽安装等多种方式，以适应不同的密封装配要求。

5. 表面涂层：为了提高密封圈的耐摩擦和耐磨损性能，可以在密封圈表面进行特殊涂覆处理，如涂覆聚四氟乙烯（PTFE）等涂层。

6. 寿命预测：通过寿命试验和性能验证，对密封圈的使用寿命进行预测和评估，以确保其长期可靠的密封性能。

综上所述，橡胶矩形密封圈的结构设计应综合考虑材料选择、密封圈形状、强度设计、安装方式、表面涂层及寿命预测等因素，以实现最佳的密封性能。