基于ANSYS Workbench的O型密封圈接触分析
ANSYS Workbench 19.0基础入门与工程实践 第7章 接触分析
3．无摩擦
• 无摩擦接触，即两接触体之间是理想状态。当外力作用时，两接触体可以发生 分离和相对滑动，当两物体分离后，法向作用力减为0，两物体接触滑动时处 于理想状态，不产生摩擦力作用。
4．静摩擦
• 模拟静摩擦的场景，当两物体之间不发生相对滑动但是存在静摩擦力的时候， 可以使用本接触类型进行设置，可以理解为两物体之间的静摩擦力需要多大就 提供多大。
• 7.3.2 几何建模 • 7.3.3 材料属性设置 • 7.3.4 接触设置 • 7.3.5 网格划分 • 7.3.6 载荷及约束设置 • 7.3.7 模型求解 • 7.3.8 结果后处理
7.4 接触分析实例——螺栓连接
• 螺栓连接在接触问题中非常典型，本例将以螺栓连接为对象，详细介绍如何加 载预紧力、设置螺栓连接接触类型等常见技术问题，为读者进行螺栓连接分析 提供指导。
5．摩擦接触
• 通用摩擦接触，既包含静摩擦也包含滑动摩擦，在接触初始时，两接触体是静摩擦状态，当 外界作用力增大且使两接触体发生相对滑动时，此时产生滑动摩擦，滑动摩擦力基于F=计算， 用户在定义该接触类型时需要定义接触面之间的摩擦系数。
6．滑动摩擦
• 直接滑动摩擦接触是指接触体之间不发生静摩擦作用的阶段。该接触类型只针 对刚体动力学分析，系统接触力与法向正压力成正比。
• 支座及底板材质为结构钢材，在WB 19.0中默认即可；螺栓材质选用45号钢，其材料属性参 数：Ε=209000MPa，泊松比μ=0.269。
• 7.4.4 接触设置 • 7.4.5 网格划分 • 7.4.6 载荷及约束设置 • 7.4.7 模型求解 • 7.4.8 结果后处理
7.5 本章小结
• 本章先对接触问题的基本概念和模型进行介绍，让读者对有限元接触有一个概 念性的了解。然后通过两个实例分析，详细介绍如何在WB 19.0中进行含非线 性接触问题的仿真设置和操作，并对WB 19.0中提供的各类接触模型及接触类 型进行逐一讲解，使读者掌握如何选择接触类型、设置接触参数、查看接触产 生的各种结果类型，最终完成整个接触项目的仿真。
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用一、引言接触问题是工程领域中常见的一个重要问题，它在很多实际应用中都具有关键作用。
接触分析能够帮助工程师设计和改进各种产品和结构，从而提高其性能和寿命，减少故障和事故的发生。
ANSYS作为一款强大的工程仿真软件，提供了多种接触分析方法和工具，为工程师们解决接触问题提供了便利。
本文将重点介绍基于ANSYS软件的接触问题分析方法和其在工程中的应用。
二、接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括两种：解析方法和数值模拟方法。
解析方法基于一系列假设和理论分析，能够给出理论解析解，但局限于简单的几何形状和边界条件。
数值模拟方法通过建立几何模型和边界条件，利用数值计算的方法求解接触过程的力学行为和变形情况，可以适用于复杂的几何形状和边界条件。
ANSYS软件采用的是数值模拟方法，它基于有限元法和多体动力学原理，可以使用接触元素来建立模型，模拟接触过程中的相互作用，得到接触点的应力、应变以及变形信息，从而分析接触的性能和行为。
接下来将介绍ANSYS软件中的接触分析方法和其在工程中的应用。
三、接触分析方法1. 接触元素：ANSYS软件提供了多种接触元素供用户选择，包括面接触元素、体接触元素和线接触元素。
用户可以根据具体的接触问题选择合适的接触元素，建立几何模型来模拟接触行为。
2. 接触定义：在ANSYS软件中，用户可以通过定义接触性质、接触参数和接触约束来描述接触问题。
接触性质包括摩擦系数、接触行为模型等；接触参数包括接触初始状态、接触刚度等；接触约束包括接触面间的约束条件等。
3. 接触分析：通过在ANSYS软件中建立模型，定义接触参数和加载条件，进行接触分析，得到接触点的应力、应变和变形信息。
可以通过分析结果来评估接触性能，发现可能存在的问题，并进行改进和优化。
四、ANSYS软件在工程中的应用1. 机械工程领域：在机械工程中，接触问题广泛存在于各种设备和结构中，如轴承、齿轮、支撑结构等。
ANSYS workbench有限元模拟教程接触分析
第五章控制程序及监控界面的开发控制系统的效率和性能一方面决定于系统的硬件设计，另一方面在很大程度上取决于应用程序的设计质量。
只有将系统的硬件和软件有机的结合在一起，相辅相成，才能使系统最大程度的发挥效率。
软件是计算机控制系统的神经中枢，控制系统中的控制任务最终是靠软件即应用程序的执行来完成的。
因此软件开发占有相当重要的地位，本实验室自控系统是由三大软件支撑的，分别是利用PLC 编程软件STEP7 V5.2，嵌入式组态软件MCGS，以及虚拟仪器Labview7.0所开发的程序。
STEP7基础软件是用于西门子公司SIMATIC S7、SIMATIC C7和SIMATIC WinAC 等控制系统的标准开发软件，主要用于完成控制程序的开发。
本实验室包含的设备种类多、数量大、各设备间关系复杂。
实验室的操作者要全面、综合和有效地监控、操作和管理试验系统并不是件容易的事情，因此还需要设计合理的控制操作界面，本实验室利用MCGS嵌入式组态软件开发出形象的控制界面，并利用其提供的动画功能仿真试验系统的运行状态。
无论是研究性试验还是本科教学试验，都需要采集大量的数据，并需要对这些数据作分析、存储、曲线显示等，因此本试验室采用Labview开发数据采集程序。
因为他们的界面和和操作模仿物理仪器，如示波器和万用表，所以Labview 程序被称作虚拟仪器，。
在Labview中包含了一系列进行采集、分析、显示的工具，能很快的帮助解决复杂数据采集问题。
通过这些软件的应用，可以构造强大的实验室自控系统。
§5.1控制程序方案确定§5.1.1控制算法的选择随着智能控制技术的发展，不断有空调控制算法方面的报道，现已有模糊控制、神经网络控制、自适应控制、解耦控制在变风量空调系统中的应用的思想，但这些研究成果多为仿真结果，在实际应用还用一定的距离，而PID算法控制简单、抗干扰性好、可靠性高等优点[46]。
PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、代码少，可靠性高等优点，使得PID在工程中应用达90%以上。
O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析
出地表现在以下 3个方面 : ( 1) 橡胶材料的应力应变关系是一个非常复杂的
非线性函数 , 用应变能函数表示 。 ( 2) 橡胶在力的作用下 , 一般伴随着大位移 、大
应变 , 其应变位移关系也是非线性函数 。 (3) 密封计算的边界条件非常复杂 , 必须包含
接触面的受力计算 , 呈非线性关系 。 对于橡胶材料的应变能函数描述 , 广泛采用
有限元分析采用国际上通
用的大型有限元分析软件 AN2 SYS, 其中部分后处理工作采 用 Excel数据处理软件 , 具体 有限元模型如图 2所示 。
在模型网格划分中 , 由于 研究 的 是 橡 胶 圈 的 变 形 及 受 图 2 有限元分析模型
力 , 故轴 、箱体模型中网格较少 , 而橡胶圈则划分较 细 , 其中橡胶单元采用超弹性单元 HYPER56, 轴 、 孔单元采用线性实体单元 PLANE42, 模型中的接触
(2) 罚单元法 : 罚单元法就是在两接触面的各 节点间建立一种伪单元来模拟面与面的接触 。
本文采用罚单元法 。在对计算对象进行完网格划
分后 , 就可以在 2 个物体可能接触的边界上的节点之 间建立接触单元 。此类单元具有 2 个自由度 , 可在节 点的 X 和 Y方向上移动 。刚性表面在本文中为直线 形表面 , 如图 1 所示 , 开始 时 可 在 法 线 方 向
Abstract:Deformation and Load of the rubber sealing O 2ring in different comp ressing rate and different oil p ressure were analyzed by using finite element analysis software ANSYS, the distribution nephogram of Von M ises stress and the change of contact p ressure and the maximal contact p ressure were obtained. Results show that with the increase of oil p res2 sure, Von M ises stress increases correspondingly. The changes of Von M ises stress peak district indicate that the position of the crack possible p roduced on. The maximal p ressure between the rubber sealing O2ring and the shaft increases with the increase of comp ressing rate and oil p ressure. Under different oil p ressure, the maximal contact p ressure is always greater than the oil p ressure, which meets the need of O2ring sealing.
基于Ansys的橡胶O形密封圈密封性能的有限元分析
基于Ansys的橡胶O形密封圈密封性能的有限元分析
杨春明;谢禹钧;韩春雨
【期刊名称】《石油和化工设备》
【年(卷),期】2010(013)004
【摘要】利用有限元分析软件ANSYS,分析计算了不同的O形密封圈径向间隙以及不同的油压下对密封面最大接触压力和VonMises应力的影响,以及它们之间的相互关系,为O型密封圈的合理安装和使用提供了依据.
【总页数】4页(P21-24)
【作者】杨春明;谢禹钧;韩春雨
【作者单位】辽宁石油化工大学机械学院,辽宁,抚顾,113001;辽宁石油化工大学机械学院,辽宁,抚顾,113001;辽宁石油化工大学机械学院,辽宁,抚顾,113001
【正文语种】中文
【相关文献】
1.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
2.基于Ansys的橡胶O形密封圈的密封性能有限元分析 [J], 杨春明;谢禹钧
3.基于ANSYS的深海信标O形密封圈的密封性能研究 [J], 王冬石; 张希; 蒋爱国; 范赞
4.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
5.基于ANSYS Workbench的新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈的有限元分析[J], 虞晨阳;陈平;汪朝阳;郭文星;秦思萌
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##关于橡胶O形密封圈的Ansys分析
第28卷第4期 辽宁石油化工大学学报 Vo l.28 No.4 2008年12月 JOU R N AL OF L IA ON IN G U N IV ERSIT Y O F PET R OL EU M&CH EM ICA L T ECHN O LO GY Dec.2008文章编号:1672-6952(2008)04-0048-03关于橡胶O形密封圈的Ansys分析王 杰,谢禹钧*(辽宁石油化工大学机械学院,辽宁抚顺113001)摘 要: 利用有限元分析软件AN SY S,建立了橡胶O形圈及其边界的有限元模型,分析了不同油压和初始压缩率下形状的变化和应力的分布,以及最大接触压力和油压、初始压缩率的关系,描述了O形圈可能出现裂纹的位置,为合理地安装和使用提供了理论依据。
关键词: O形密封圈; Ansys; 接触压力; 有限元中图分类号:T Q336.42 文献标识码:AA nsys A nalysis of Rubber O-Sealing RingWAN G Jie,XIE Yu-jun*(Schoo l of M echanical Engineer ing,L iaoning Univer sity of P etr oleum&Chemical T echnolo gy,Fushun L iaoning113001,P.R.China)Received19M ay2008;r evised12Sep tember2008;accep ted8October2008Abstract: By utilizing f inite element analysis softw are A N SY S,a finite element model fo r r ubber O-sealing r ing and its bo undry w as set up.T he chang e o f shape and stress distr ibut ion under different oil pressur e and initial compressibility w as analyzed,and the relatio ns betw een max imum contact str ess,o il pressure and initial co mpr essibility was deduced.T hen the po sitio n o f po ssible cr ack w as described,w hich is a t heo retical basis fo r r easo nable installation and use.Key words: O-sealing ring;A nsys;Contact pressur e;F inite element*Co rr esponding author.T el.:+86-413-6865160;fax:+86-413-6865160;e-mail:y jx ie@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,因此被广泛应用于汽车、动力、机械及石油化工等领域。
基于ANSYS的O形密封圈磨损仿真方法研究
基于ANSYS的O形密封圈磨损仿真方法研究常凯【摘要】Many products with wear-failure of O-ring appear in production.However,there is no related method of seal wear simulation to analyze these product issues.For solving this problem,firstly a method used for wear simulation of O-ring is proposed.The method is based on Archard friction and wear model and is implemented by structural analysis and thermal analysis of ANSYS software.The influence of contact pressure and frictional heat on the friction and wear are considered in themethod.Meanwhile,the grid reconstruction is used to solve the problem that is difficult to simulate the material wear in the simulation.The whole simulation process is realized by programming.Then according to engineering practice,a basis for judging the wear failure of O-ring is proposed.At last a concrete example of applying this method is given.%针对多型采用O形密封圈的产品磨损失效且无相关磨损仿真手段的现状,基于ARCHARD的摩擦磨损模型,利用ANSYS软件结构分析与热分析功能,提出了一种用于进行O形密封圈磨损仿真计算的方法.仿真过程中综合考虑了接触压力和摩擦热对摩擦磨损的影响,采用网格重构的方法解决了仿真过程中难于对材料磨损进行模拟的问题,并将仿真过程以编程的方式实现.结合工程实际,提出了判断O形密封圈磨损失效的依据.给出了应用此方法进行计算的具体算例.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P98-103)【关键词】O形圈磨损;接触压力;摩擦热;网格重构技术;失效判据【作者】常凯【作者单位】航空工业庆安集团有限公司航空设备研究所,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TH137引言在液压系统中，由于密封介质被挤压的缘故，密封装置可能会直接与运动的零件接触，这使得由于接触产生的磨损成为影响密封寿命的一个重要因素。
基于Ansys的橡胶O形密封圈的密封性能有限元分析
（３）
式中 ：△ｕ＿Ａ为橡胶密封圈上的一点 Ａ 的增量位移
表 １ 不 同油 压 、不 同径 向间 隙 条 件 下 最 大 Ｙｏｎ Ｍｉｓｅｓ应 力 的 数 值 Ｎ Ｎ ／ＭＰａ
向量 ；，ｚ为密封刚体的单位法 向向量 ；Ｈ 为接触距
离 容 限 。
若 满足 式 （３），则认 为 Ａ点 与 刚体 接 触 上 了 。
接 触 问题属 于带 约 束 条 件 的 泛 函极 值 问题 ，最 常 用 的方 法有 Ｌａｇｒａｎｇｅ乘 子法 、罚 函数 法 以及 基 于 求 解器 的直 接 约 束 法 。本 文 采用 罚 单 元 法 ，在 对 模 型进行 完 网格 划 分 后 ，在 ２个 可 能接 触 的界 面 上 的节 点之 间建 立接 触单 元 ，来 求解 Ｏ 形密 封 圈 与 刚体 间 的接触 问题 ］。
弹 性 体
第 ２Ｏ卷
Ｒｉｖｌｉｎ系数 ； ｚ为 第一 、第二 应变 张量 不变 量 。 裂纹 。而接触压力 的大 小反 应 了 Ｏ形 圈 的密封 能
应 力应 变关 系 即为 ： ａ＝ＯＷ ／Ｏｅ
力 ，ｏ形 圈保证 密封 的必要 条件是最 大接触 压力 大 （２） 于或 等于油 压 。所 以这 里 主要 利用 Ａｎｓｙｓ软 件分
摘 要 ：利 用有 限元分析软件 Ａｎｓｙｓ，建 立 了橡胶 ０形 圈及其 边界 的有 限元模 型，分析 计算 了不 同 的 ０ 形 密封 圈径 向 间 隙 以及 不 同 的 油压 下 对 密 封 面 最 大接 触 压 力 和 Ｖｏｎ Ｍ ｉｓｅｓ应 力 的 影 响 ，以及 它 们 之 间 的相 互 关 系 ，为 ０ 型 密封 圈 的合 理 安 装 和 使 用提 供 了理 论依 据 。
（２）不 同油 压 、不 同径 向间 隙条 件 下 ，最 大接 触压 力 的数值 如 表 ２所 示 。
ansysworkbench-接触实例分析
前言WokBench 是众所周知的好东西，以下是自己琢磨的一个小应用，肯定有不对的地方，欢迎指出，便于大家共同提高。
问题描述这是一个塑料小卡扣的例子，主要想使用WorkBench 了解在使用中，塑料件的变形是否足够。
模型是用ProE 制作的，为了简化，只切取了关于变形的部分，如下图：其中蓝色的部分是活动的，只有一个方向的运动，红色的部分是固定的。
大体的尺寸如下，单位是毫米：进入 WOrkBeIICh本人使用的址PrOE^T3.0,直接通过菜单上的WOrkBenCk 即町进入WOrkBeUCh To 接下来，按照图中的1、2、3操作：QANSYS WOrkbCnCh [ANSYS IUItiPhysics]材料设置之后进入SimUIatiOn 界而。
第一个爭情是设置材质，考虑到蓝色部件没有必要考察变形■因此将它设胃为默认的 结构钢。
红色部件可以接选个聚乙烯的材料•如果今后有了明确的材质信息.可以 再更改。
DANSYS WorkbenCh [ANSYS Iultiphysics]I^fYoMPrOe [Project]J ❺ fro≡Proe [Simulation] ×File Edit VieW UnltS TooIS HeIP3 H ⅛ OX 〒胃血Igli BG 申Q ®題CeOMetry ^GeOmetry ▼ ¾Point HaSSOUtline for *froj∣Proe r4fll PrOjeCt θ ⅛∣ MOdelB √⅜ GeOmetry ________√⅜ι — √⅜ FoRANSYS2(40] ÷ √⅜ COnneCt)OnS ffi √⅜ MeSh+ √∈J StatiC StrUCtUralGraphιcs PlOPeTtieS-DeflnItiOnSUPPreSSedIateriaI POIyethyIene 二>StiffneSS BehaViOr FIeXibIe V φNOnlineaX MateriaI EffeCtS YeS■ B OUndinC BOX ■ P rOPertieS < StatiStiCSDetaiIS Of *FORANSYS[39]*Q[* fro ∙Proe [Project] × froiProe [Simulation] File ToOIS HeIP □ bCAD CeO ∙etry TaSkS & NeV geometry 0 NeV SiBUIati PrOCeed to AIeShingDefaUIt CeOBCtry OPtiOnSE)Solld bodiesPlSUrfaCe bodies 0Line bodies 叼Para ∙eteτs □Attributes □Ha>edSeIeCtionS □Material propertiesSDFEA,DDi AdVanCed GCOBetrV DefaUItS也匡！❼NaBe FIIeQ froaProe厲UfronProe. Vbdbs∕F≡∖JlyDoc ∖fork ∖Tej∣p ∖adapter ∖0 IOdel 2 dfronProe. dsdb❺ IOdelUfronProe. dsdb ⅛ StatiC StrUCtUraIΞJ9 FiIeSFORANSYS[39]注意：在模型中，蓝色和红色部件的距离要控制好（这是由ProE 中，模型装配关系决定的），如果太近，软件将自动计算出一个接触区域，但对于这个例子，还需要手动扩大接触区域。
基于ANSYS的橡胶O型密封圈仿真分析
图1 二维计算模型网格图
1.2 数值模型
从物理意义上讲，两接触体之间不会相互渗
稳态力加载后，可得到刚度变形情况，并进而得出密封圈刚度—变形量关系曲线，如图3所示。
2.2 动力加载结果
对模型进行瞬态分析，并考虑材料的阻尼特性。
在ANSYS中，大部分动态阻尼分析被处理为粘滞阻尼[4]，
F=[C]x (2)其中，[C]为阻尼常数，根据Reyleigh阻尼定义，[C]= [M]+ β[K]。
O型密封圈的橡胶阻尼属于β型阻尼，根据表1计算出阻尼率为0.07，刚度阻尼常数为0.008 9。
对模型输入压缩量为0.266 5 mm，交变位移函数为0.025sin(0.25×2π×t)的激励后，位移响应和载荷响应如图4和5所示。
可以看出，在0.180 82 s 前系统处于瞬态响应，之后趋于为稳态。
稳态部分的滞回曲线如图6所示。
（a）总变形量
（b）等效应力图2 静力仿真结果图3 刚度—变形量曲线
·
图4 位移响应
图5 载荷响应
图6 滞回曲线。
O形密封圈的有限元分析
□姚春峰“ □李萌"2
□
1. 中通客车控股股份有限公司
2. 山东通盛制冷设备有限公司
高立超''2 □洪杰胜门 山东聊城 252000 山东聊城252000
摘 要：应用ANSYS Workbench软件建立0形密封圈二维轴对称有限元模型，分析不同边界条件
下0形密封圈所受的等效应力、接触应力、剪切应力，得到0形密封圈发生偶发破损的主要原因。与此
同时，拟合出压缩率与轴孔间隙，以及压缩率与接触应力之间的关系，得到等效应力、接触应力、剪切应
力间的变化关系，并提出优化设计建议。
关键词：密封圈 有限元 分析
中图分类号:TH136；TB42
文献标志码:A
文章编号:1000 - 4998(2019)05-0065-04
Abstract: The 2D axisymmetric finite element model of O-ring was established by ANSYS Workbench
一般将邵氏硬度(HA)不小于80的密封圈称为硬 质密封圈，橡胶材料硬度与弹性模量的试验拟合公式 为：
F— 15.75+2.15Hha _ 100-Hha
(( )
式中：E为O形密封圈弹性模量；Hha为O形密封圈邵 氏硬度(HA)O
对于体积不变的橡胶材料，弹性模量、剪切模量、 材料不可压缩常数及两个材料定常数之间有如下关系 式〔7-9]：
根据密封原理进行了简化，具体原则及思路如下。
MPa。O形密封圈最大接触应力在0形密封圈与O形
模拟O形密封圈与0形密封圈接头之间的过盈 密封圈接头接合面处，数值为1.425 8 MPao最大剪切
基于ANSYS Workbench的O形橡胶密封圈有限元分析
基于ANSYS Workbench的O形橡胶密封圈有限元分析
陈宏;徐锐;鲜海峰;窦天鹏;刘清鹏;盛强;刘坤林
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2024(60)3
【摘要】为了研究O形橡胶密封圈(以下简称O形圈)的压缩率与接触压强的关系,首先通过ANSYS Workbench有限元分析软件对装置结构进行必要的模型简化,其次进行关键的边界条件设置及载荷的施加等操作,最后完成非线性静态有限元分析。
采用后处理分析技术,得到该装置结构的变形量及von Mises应力分布图。
结合实际工况,分析螺栓预紧力、O形圈压缩率及接触压强之间的关系,保证介质(含压气体或液体)密封的接触压强满足工况需求,确保介质密封的有效性和可靠性。
【总页数】4页(P158-161)
【作者】陈宏;徐锐;鲜海峰;窦天鹏;刘清鹏;盛强;刘坤林
【作者单位】中国工程物理研究院流体物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】G63
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的液压支架Y形密封圈有限元分析
2.基于Ansys的橡胶O形密封圈密封性能的有限元分析
3.基于Ansys的橡胶O形密封圈的密封性能有限元分析
4.基于ANSYS Workbench的橡胶材料十字形试样的设计和有限元分析
5.基于ANSYS Workbench的新型浮动式无骨架鞍形橡胶密封圈的有限元分析
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ANSYS Workbench 17·0有限元分析：第15章-接触问题分析
第15章接触问题分析接触问题是一种高度的非线性行为，通常两个独立表面之间相互接触并相切时，称之为接触。
对接触问题进行分析时，需要较多的计算资源。
接触的特点是属于状态变化的非线性，也就是说，系统刚度取决于接触的状态，即部件之间是接触或是分离。
★ 了解接触问题分析方法。
15.1接触问题分析概述从物理意义上讲，接触的表面具有以下特点：相互之间不会渗透（如图15-1所示），可传递法向压缩力和切向摩擦力，通常不传递法向拉伸力，相互之间可自由分离和互相移动。
由于接触体之间是不相互渗透的，因此程序必须建立两表面间的相互关系以阻止分析中的互相穿透，这称为强制接触协调性。
（a）不渗透接触（b）渗透接触图15-1 接触方式15.1.1 罚函数法和增强拉格朗日法对于非线性实体表面接触，可使用罚函数或增强拉格朗日法，这两种方法都是基于罚函数方程的。
在此对于一个有限的接触力F normal存在一个接触刚度k normal的概念，接触刚度越高，穿透量x penetration越小，如图15-2所示。
第15章 接触问题分析对于理想无限大的k normal ，穿透量为0。
但对于罚函数法而言，这在数值计算中是不可能的，但是只要x penetration 足够小，或许可以忽略，且求解的结果也是精确的。
罚函数法和增强拉格朗日法的区别就是后者加大了接触力（压力）的计算。
罚函数法：F normal = k normal x penetration增强拉格朗日法：F normal = k normal x penetration+λ因为额外因子λ的存在，增强拉格朗日法对于k normal 变得不敏感。
增强拉格朗日法通过增加额外的自由度（接触压力）来满足接触协调性，因此接触力（接触压力）作为一个额外自由度直接求解，而不通过接触刚度和穿透计算得到。
normal F DOF =该方法可以得到0或接近0的穿透量，如图15-3所示，这要消耗更多的计算代价。
基于ANSYS的O形密封圈磨损仿真方法研究
d o i：10.11832/j.is s n.1000-4858.2018. 02.017基于ANSYS的O形密封圈磨损仿真方法研究常凯(航空工业庆安集团有限公司航空设备研究所，陕西西安710077)摘要：针对多型采用〇形密封圈的产品磨损失效且无相关磨损仿真手段的现状，基于A R C H A R D的摩擦磨损模型，利用A N S Y S软件结构分析与热分析功能，提出了 一种用于进行0形密封圈磨损仿真计算的方法。
仿真过程中综合考虑了接触压力和摩擦热对摩擦磨损的影响，采用网格重构的方法解决了仿真过程中难于对材料磨损进行模拟的问题，并将仿真过程以编程的方式实现。
结合工程实际，提出了判断0形密封圈磨损失效的依据。
给出了应用此方法进行计算的具体算例。
关键词！ 0形圈磨损；接触压力；摩擦热；网格重构技术；失效判据中图分类号:T H137 文献标志码:B文章编号=1000-4858(2018)02-0098-06Wear Simulation Method of 0-ring Based on ANSYSC H A N G K a i(Aviation Equipment Research In stitu te，A V IC Q ing-an Group Co.，L td.，X i’a n，Shaanxi710077)A b s t r a c t：M a n y p ro d u c ts w it li w e a r-fa ilu re o f0-rin g a p p e a r in p ro d u c tio n.H o w e v e r，th e re is n o re laseal w e a r s im u la tio n to a n a lyze these p ro d u c t is s u e s.F o r s o lv in g th is p ro b le m，fir s tly a m e t!io d u la tio n o f0-rin g is p ro p o s e d.T h e m e t!io d is b ased on A rc h a rd fr ic tio n a n d w e a r m o d e l a n d is im p le m e n te d b y s tru ctu ra l a n a ly s is a n d th e rm a l a n a ly s is o f A N S Y S s o ftw a re.T h e in flu e n c e o f c o n ta c t p re s s u re a n d fr ic tio fr ic tio n a n d w e a r a re c o n s id e re d in th e m e th o d.M e a n w h ile，th e g rid re c o n s tru c tio n is used t o so lve th e p ro b le m t is d if f ic u lt to s im u la te th e m a te ria l w e a r in th e s im u la tio n.T h e w h o le s im u la tio n pro ce ss is re a liz e d b y p ro g ra mm in g.T h e n a c c o rd in g to e n g in e e rin g p r a c tic e，a b a sis fo r ju d g in g th e w e a r fa ilu re o f0-rin g is p ro p o s e d.A t la s t ac o n c re te e x a m p le o f a p p ly in g th is m e th od is g ive n.K e y w o r d s：o-r in g w e a r，c o n ta c t p re s s u re，fr ic tio n a l h e a t，g rid re c o n s tru c tio n te c h n iq u e，fa ilu re c rite rio n引言在液压系统中，由于密封介质被挤压的缘故，密封 装置可能会直接与运动的零件接触，这使得由于接触 产生的磨损成为影响密封寿命的一个重要因素。
浅谈ANSYS Workbench接触设置
浅谈ANSYS Workbench接触设置0、引言ANSYS中的接触可涉及位移、电压、温度、磁场等自由度，在这些接触中，涉及位移自由度的接触是比较复杂的。
本文大概介绍了ANSYS中接触求解的原理，并使用ANSYS Workbench计算了两圆柱接触和轮齿接触的接触应力并与赫兹公式进行了对比，最后给使用ANSYS Workbench求解接触时提供了一些建议。
鉴于作者水平有限，难免会存在一些错误，希望广大读者批评指正。
1、ANSYS接触公式理论接触处理往往是复杂的。
可能的话推荐使用程序默认的设置。
因为现实接触体之间不会相互穿透，程序必须在两个表面之间建立一种关系，在分析中阻止彼此穿透。
程序阻止相互穿透的行为被称之为强制“接触兼容性”。
图1 接触穿透示意图为了在接触界面上强制执行兼容性，Workbench Mechanical通常提供了几个接触公式。
这些公式定义了使用的求解方法。
图2 接触算法设置界面•纯罚函数法•增广拉格朗日法•常规拉格朗日法•多点约束（MPC）法•梁(beam)如果穿透在一个接触容差（FTOLN*下层单元的深度）范围内，接触兼容性则是满足的。
接触深度是一个接触对中每个接触单元深度的平均值。
如果程序检测到任意穿透大于这个容差，全局求解仍然认为是不收敛的，即使残余力和位移增量达到了收敛准则。
图3 下层单元深度示意图2、纯罚函数法和增广拉格朗日法接触公式对于非线性实体接触面，可使用纯罚函数公式或者增广拉格朗日法公式。
这两个都是基于罚函数接触公式：F Normal=K Normal*X Penetration有限接触力F Normal，是接触刚度K Normal的函数。
接触刚度越高，接触穿透X Penetration越小，如下图说明：图4 接触刚度与接触穿透的示意图理想的，对于一个无限大的接触刚度K Normal，可以获得一个0穿透。
在基于罚函数方法下这在数值上是不可能的，但是，如果只要X Penetration足够小或者可以忽略，则认为求解结果是精确的。
基于ANSYS Workbench的O型密封圈接触分析
２０１９，２０（３）
为让结果更快收敛，活塞和缸体采用高阶单元，Ｏ 型 圈 采 用 低 阶 单 元 并 采 用 四 边 形 网 格 进 行 划 分 ，模 型 共 包括２ ９２４个节点，９６１个单元。划分网格如图１所示。
圈、缸体与 Ｏ型密封圈采用相同的接触关系，采用摩
擦接触，非 对 称 接 触，法 向 接 触 刚 度 取 ３，并 且 每 一
步计算都要进行刚度更新。
分析计算 设 置 ２０ 个 载 荷 步，约 束 缸 体 底 边 轴，
释放Ｘ 轴约束；约束活塞顶边向Ｙ 轴负方向２０ｍｍ，
给活塞一个向下的位移，模 拟 Ｏ 型 密 封 圈 在 不 同 的
压缩率下，其密封状态和失效形式。Ｏ 型密封圈压缩
０ 引 言
由于 Ｏ 型密封圈具有结 构 简 单、制 造 和 使 用 方 便、价格低廉等特 点，因 此，被 广 泛 地 应 用 于 机 械 设 备的液压 密 封 和 气 动 密 封 中 。 ［１－２］ 除 上 述 特 点 外， Ｏ 型密封圈还具有 良 好 的 密 封 性，既 可 用 于 静 态 密 封，也可用于动 密 封，既 能 单 独 使 用，也 可 以 采 用 组合 式 配 合 挡 圈 密 封，而 且 工 作 压 力 可 在 ０．１～ ４００ ＭＰａ，温度范围可在－６０ ℃～２００ ℃，范围较广。 Ｏ 型密封圈的密封性 能 依 靠 系统 压 力 实 现 自 动 双 向 作 用 密 封 ，并 随 系 统 压 力 的 提 高 而 增 大 。 密 封 性 能 直 接决定其能否正常工作，因此，需要对其进行研究。
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ平台，对 Ｏ 型圈密封接触进行分析。
１ Ｏ 型圈有限元模型的建立
选用的 Ｏ 型密封圈 型 号 为 乙 烯—丙 烯 橡 胶，橡 胶材料 是 超 弹 性 材 料，具 有 非 线 性 特 征，ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ平台中有很 多 橡 胶 参 数 模 型，采 用 Ｎｅｏ －Ｈｏｏｋｅａｎ 超 弹 本 构 模 型，其 应 变 能 函 数 可 以 表 示为
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用
基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用基于ANSYS软件的接触问题分析及在工程中的应用摘要：接触问题一直是工程领域中一个重要的研究课题，其涉及到材料力学、工程结构与设计等多个领域。
本文以ANSYS软件为工具，对接触问题进行分析，并探讨了在工程中的应用。
通过虚拟仿真与分析，可以有效地评估接触问题对于结构与材料性能的影响，优化设计方案，提高工程质量与安全性。
1.引言接触是指两个或多个物体之间产生的直接接触，是力学、机械工程、土木工程等领域中重要的研究课题。
接触问题的研究对于工程结构、材料力学等有着重要的意义。
然而，接触问题的分析与实验往往有一定的难度和限制，因此虚拟仿真成为了解决接触问题的有效手段。
ANSYS软件作为一款流行的有限元分析软件，可以通过建模、网格划分、求解等功能来模拟与分析接触问题，已经在工程实践中得到了广泛的应用。
2.接触问题的分析方法接触问题的分析方法主要包括数学解析、实验测试和虚拟仿真分析。
相较于数学解析和实验测试，虚拟仿真分析具有灵活、高效、低成本的优势。
利用ANSYS软件，可以建立有效的有限元模型，通过模拟力学行为和应力变化来分析接触问题。
在确定接触材料模型、接触界面条件等参数后，可以进行接触问题的仿真与分析，得到关键参数和结果。
3.接触问题的影响及应用接触问题在工程领域有着广泛的应用，并且对工程结构与材料性能有着重要的影响。
例如，在机械工程中，接触问题的分析可以帮助解决机械传动、轴承、齿轮等部件的接触磨损、疲劳寿命等问题。
在材料工程中，接触问题的分析可以评估接触界面的剪切力、应力集中、接触面变形等情况，为合理设计材料与接触表面提供依据。
在建筑工程中，接触问题的分析可以帮助解决地基与建筑物之间的接触问题，确保结构的稳定与安全。
4.案例分析以机械传动为例，通过ANSYS软件的虚拟仿真分析，可以确定接触点的接触区域、接触压力、摩擦力等参数，并计算出相关的应力、应变和变形情况。
基于ansys的o形橡胶密封圈密封性能及可靠性研究
泊松比； （2）沟槽刚度是O形圈的几万倍，不考虑沟槽
的变形； （3）O形圈密封结构具有轴对称性； （4）NBR拉伸与压缩的蠕变性质相同。 为了准确地获得O形圈的密封性能及可靠性，
可 将 O 形 圈 以 及 沟 槽 作 为 整 体 进 行 分 析，由 于 该 密 封 结 构 具 有 轴 对 称 性，因 此 为 了 节 省 计 算 机 资 源，将O形圈密封结构简化为二维轴对称模型来进 行分析[1]。本工作所分析O形圈基本尺寸线径为7 mm，根据GB/T 3452—2005《液压气动用O形橡胶 密封圈》，其沟槽标称宽度为9. 5 mm，沟槽标称深 度为5. 85 mm。
在安装状态下，O形圈与轴和缸筒均有接触， 因此本接触分析共建立了3个接触对，由于缸筒和 轴的刚度远大于O形圈，因此在建立接触对时以轴 和缸筒面为目标面，O形圈面为接触面。
O形圈安装时是压缩装配，但是有限元建模时 O形圈处于自由状态，所以接触分析时，约束及载 荷 的 施 加 分 为 两 个 载 荷 步，先 将 缸 筒 轮 廓 线 全 约 束，轴约束X方向的自由度，第1个载荷步为在轴的 Y方向施加1个位移来模拟O形圈的初始压缩量，第 2个载荷步在O形圈有间隙侧施加均布压强来模拟 其在工作过程中所受的油压。 2. 2 结果分析
间隙为0. 3 mm、油压为16 MPa时O形圈的初始可靠度为98. 5%。由各随机因素对极限状态函数的灵敏度可知，对O形圈
初始可靠度影响最大的两个因素为O形圈线径和油压。
关键词：O形橡胶密封圈；Ansys；有限元分析；密封性能；可靠性；接触分析 中图分类号：TQ336. 4＋2；O241. 82 文章编号：1000-890X（2020）02-0131-04 文献标志码：A DOI：10. 12136/j. issn. 1000-890X. 2020. 02. 0131
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基于ANSYS Workbench的O型密封圈接触分析
李修宇; 张传俊
【期刊名称】《《长春工程学院学报（自然科学版）》》
【年(卷),期】2019(020)003
【总页数】3页(P13-15)
【关键词】O型密封圈; ANSYSWorkbench; 接触分析
【作者】李修宇; 张传俊
【作者单位】安徽工商职业学院合肥230022
【正文语种】中文
【中图分类】TH138
0 引言
由于O型密封圈具有结构简单、制造和使用方便、价格低廉等特点，因此，被广
泛地应用于机械设备的液压密封和气动密封中[1-2]。
除上述特点外，O型密封圈
还具有良好的密封性，既可用于静态密封，也可用于动态密封，既能单独使用，也可以采用组合式配合挡圈密封，而且工作压力可在0.1～400 MPa，温度范围可在-60 ℃～200 ℃，范围较广。
O型密封圈的密封性能依靠系统压力实现自动双向
作用密封，并随系统压力的提高而增大。
密封性能直接决定其能否正常工作，因此，需要对其进行研究。
文献[3]提出一种有限元分析模型，对O形圈密封结构在不同油压和压缩率作用下
的应力分布及接触压力分布进行具体分析，根据分析结果对O形圈密封结构的适
用条件进行总结，得出的结果为密封圈的安装提供了一定的指导。
但是该方法在分析过程中引入了比较多的参数，对这些参数进行拟合具有一定的难度，因此，该方法的应用性不强。
文献[4]构建了一个带副唇的旋转轴唇形密封接触分析模型，运
用该模型对密封圈装配后的不同压缩量与旋转轴的接触应力进行分析，得出旋转轴唇形密封圈装配后的压缩量应该保证在0.7 mm以上的结论。
虽然该方法得出了
较为准确的结论，但是该模型应用范围有限，不适合大范围使用。
为了对传统方法进行完善，基于ANSYS Workbench平台，对O型圈密封接触进行分析。
1 O型圈有限元模型的建立
选用的O型密封圈型号为乙烯—丙烯橡胶，橡胶材料是超弹性材料，具有非线性
特征，ANSYS Workbench平台中有很多橡胶参数模型，采用Neo-Hookean超弹本构模型，其应变能函数可以表示为
(1)
式中：W为应变能；λ为橡胶伸长率；J为变形后体积与变形前的体积比值；μ为材料的应力量纲，为常数，μ=ρkT，其中ρ为密度，k为Boltzmann常数，T为
温度；I1为Cauchy-Green变形张量的第一不变量。
材料的属性[5-6]见表1所示。
表1 材料属性零部件弹性模量/MPa泊松比O型圈9.30.49活塞与缸体
2.11×1050.30
由表1得出橡胶单元的Initial Shear Modulus Mu为1.3 MPa，Incompressibility Parameter D1为1.52 MPa-1。
分析模型由活塞、缸体和密封圈组成，由于模型是圆周对称的，可以对模型进行简化，将三维模型简化为二维轴对称。
橡胶在压缩过程中将产生大变形，为让结果更
快收敛，活塞和缸体采用高阶单元，O型圈采用低阶单元并采用四边形网格进行划分，模型共包括2 924个节点，961个单元。
划分网格如图1所示。
图1 二维模型网格图
在Workbench中采用接触单元模拟接触问题，建立活塞、缸体和O型密封圈之间的接触关系，活塞与缸体的接触形式采用无摩擦接触；材料的刚度相近，采用对称接触；接触算法用拉格朗日法，并用高斯点的探测方式，强制更新刚度。
活塞与O型密封圈、缸体与O型密封圈采用相同的接触关系，采用摩擦接触，非对称接触，法向接触刚度取3，并且每一步计算都要进行刚度更新。
分析计算设置20个载荷步，约束缸体底边轴，释放X轴约束；约束活塞顶边向Y 轴负方向20 mm，给活塞一个向下的位移，模拟O型密封圈在不同的压缩率下，其密封状态和失效形式。
O型密封圈压缩率α的计算公式为：
(2)
式中：d为O型密封圈压缩前的直径；h为O型密封圈压缩后的直径。
2 仿真结果与分析
目前对于密封圈仿真结果评价的方式较为统一，采用等效应力评价O型密封圈的疲劳和破损失效，采用接触压力评价O型密封圈密封性能，即最大接触压力大于工作压力。
图2为O型圈压缩率为20%时的等效应力云图。
图3为接触压力随载荷步的变化曲线。
图2 等效应力云图
图3 接触压力曲线
由图2的云图可以看出O型密封圈的应力分布是对称的，活塞和缸体接触的X向应力较大，最大应力发生的位置是活塞沟槽侧壁，若沟槽的表面粗糙度较差，会引起O型密封圈的疲劳和破损。
由图3可以看出在活塞压缩缸体的过程中，最大的
接触压力为123.92 N，能够满足密封条件。
利用ANSYS Workbench平台分析O型密封圈在不同压缩率情况下的等效应力分布和接触压力。
分别计算压缩率在10%、15%、20%、25%和30%情况下的规律曲线，得出图4～5等效应力和接触压力随压缩率的增加呈现线性增大的趋势。
图4 等效应力与压缩率关系
图5 接触压力与压缩率关系
3 结语
为了分析O型密封圈的接触变形情况，根据实际工作情况建立了二维轴对称非线
性模型，根据模拟工作过程情况得出了O形密封圈的等效应力云图和接触压力分布，并绘制出等效应力和接触压力随压缩率的变化曲线。
得出O形密封圈压缩率
也会随着等效应力的变化而产生变化，同时，压缩率会随着接触压力的加大而提升，在活塞压缩缸体的过程中，O形密封圈的最大接触压力为123.92 N，能够满足密封条件，说明所提方法能够对O型密封圈接触压力进行准确分析，可以为选用O
形密封圈提供参考。
参考文献
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