基于ANSYS的聚四氟乙烯密封圈仿真研究
基于Ansys的机械密封环温度场分析
Ａｎ ｌ ｓｓｏ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｅｄ ｏ ｅ ｈａ ｉａ ｃ ｅ ｌ ｉ ｇ Ａｎ ｙ ａｙ ｉ ｎ Ｔｅ ｒ ｔ ｅ Ｆｉｌ ｆＭ ｃ ｎ ｃ ｌＦａ ｅ Ｓ ａ ｓＵｓｎ ｓ ｓ
Ｓｈ ａ ｉｎ Ｈｕ Ｙｕｉ ａｎ Ｘｉｏｌ ｇ ａ Ｉ
（ ｒ ｅｏ ｏ ｅ ｅ Ｎ ｒ ｗ ｓ Ｐ ｌ ｅｈ ｉ ｌ ｎ ｅｓ ｙ Ｘ ’ ｎ Ｓ ａ ｎ ｉ １０ ２ Ｃ ｉａ Ｍａ ｎ ｆ ｌ ｇ ， ｏ ｈ ｅｔ ｏ ｔ ｎ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ ， ｉａ ｈ ａ ｘ ７ ０ ７ ， ｈｎ ） ｉ Ｃ ｌ ｔ ｙｃ ｅ ｖ ｉ
单 晓亮 胡 欲 立
陕西西安 ７０７ ） ０ ２ １
（ 北 工 业 大 学航 海学 院 西
摘 要 ：在合 理 的 假设 条 件下 ，建 立 了机 械 密 封环 温 度场 的 数学 模 型 ，利 用有 限元 分 析 软 件 Ａ ｓｓ ． 算 了特 定 工 ｎｙ ０计 ８ 况 下 的机 械 密封 环 的温 度 场 ，得 到 了端 面 温 度 的分 布 规律 及 密 封 环 内 温度 沿 轴 向 的变 化 趋 势 ，并 讨 论 了几 个 重 要参 数 ， 发 现导 热 系数 对 端 面温 度 影 响显 著 ，密封 端 面温 度 随 密封 介质 压力 和 主轴 转 速 近似 呈线 性 变 化 。 关 键 词 ：机 械 密封 ；稳 态 温度 场 ；数 学 模 型 ；有 限元 法 中图 分 类号 ：Ｔ １７ １ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： ２４— １０ （０ ６ Ｈ １． ０ ５ ０ ５ ２０ ）９—１６— １ ４滑 与密封
Ｌ ＵＢＲＩ ＣＡＴＩ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｓｐ２０ ｅ． ０６
第 ９期 （ 总第 １ １ ） ８期
基于ANSYS Workbench的O型密封圈接触分析
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】TH1380 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。
基于ANSYS中随动橡胶圈的有限元分析
基于ANSY S 中随动橡胶圈的有限元分析高喜玲(河南工程技术学校,河南焦作454000)摘要:常规型井口光杆密封装置的胶皮闸门是固定件,要实现井口密封装置的随动对中,就必须解除固定胶皮闸门的约束,设计出能够实时跟踪光杆运动的随动胶皮闸门组件,通过该部分组件的作用可使密封装置密封主体能够跟踪光杆的运动,调偏自如,随着杆的移动、振动,可在任意方向内进行动态补偿,随动体是重要部件,采用的是橡胶材料,由于操作频繁,橡胶内膜成为易损件,所以随动件的性能直接影响到该装置的寿命,一旦橡胶内膜损坏,不仅会造成停工,而且容易引发事故。
所以通过有限元分析来优选橡胶材料及结构参数,就显得非常必要。
关键词:随动;建模;应力分析;有限元中图分类号:TH11711 文献标志码:A 文章编号:100320794(2008)0520079203B ased on ANSY S with Rubber Ring of Finite E lement AnalysisG AO Xi -ling(Henan Engineering T echnical School ,Jiaozuo 454000,China )Abstract :Wellhead conventional type of rod sealing device rubber gate is fixed pieces ,in order to attain the wellhead sealing device with the right dynamic ,must lift gate fixed rubber restraints ,designed to track real -time m ovement of rod with the gates of rubber com ponents ,the com ponents through the role of sealing device will be the main seal tracking rod m ovement ,offset com fortable with the shot migration ,vibration ,in any direction within the dynamic com pensation ,with the dynamic is an im portant com ponent is used in rubber materials because users frequently ,rubber endometrial become fragile pieces.With the m oving parts of a direct im pact on the life of the device once rubber endometrial damage ,it will not only cause suspension ,and could easily trigger accidents.S o by finite element analysis and structural optimization rubber material parameters ,it is very necessary.K ey w ords :following ;m odeling ;stress analysis ;finite element0 前言由于抽油机制造、安装误差及抽油机受力变形、地基下沉等原因使光杆轴线与井口装置轴线间形成固定偏移及随机偏移,造成密封装置严重偏磨。
基于ANSYS的机械密封环温度场计算方
基于ANSYS的机械密封环温度场计算方法于小丹1,孙 铁1,路永力2(1.辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;2.抚顺诚信石化工程建设监理公司,辽宁抚顺 113006) 摘 要:研究了机械密封环的稳态温度场,在合理的假设条件下,建立了机械密封环温度场的数学模型,并利用经验公式计算了密封介质与密封环间的对流换热系数。
然后利用ANSYS8.0软件计算了机械密封环的温度场,为研究机械密封环的热影响提供了参考依据。
关键词:机械密封环;稳态温度场;数学模型中图分类号:TE969 文献标识码:B 文章编号:100628805(2005)01200472031 前言机械密封在工作中,由于动静环的相对运动而产生摩擦热,导致密封环的温度升高。
密封环的温度升高会产生一系列的问题:端面的温度升高会使端面间的液膜汽化失稳,使磨损加剧,降低密封件的使用寿命;密封环间的导热不均,易使密封环间形成较大的温度梯度,而产生热变形,使接触面形成锥形表面,改变端面的接触和润滑状态,增加端面间的磨损和泄漏;当密封环的热应力过大时会导致端面热裂(热应力裂纹)。
所以,对机械密封环的温度场分析是非常重要的。
由于密封环的结构以及边界条件较复杂,依靠传统的解析方法要精确地确定温度,往往是不可能的,而采用有限元法却能有效地解决上述问题。
利用ANS YS软件对机械密封环的温度场进行的热分析,是基于能量守恒的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温度,并导出其他的热物理参数。
2 密封环热分析的基本假设[1](1)由于机械密封环都具有或近似具有轴对称结构,边界条件也是对称的,所以,温度场的分布也是对称的;(2)系统在运行一段时间后处于热平衡状态,温度场的分布是稳态;(3)摩擦热全部由密封环传递,不考虑介质泄漏所带走的摩擦热;(4)分析时将动静环作为一个整体来考虑,这样可以忽略密封环间的热量分配的影响。
根据以上所做的假设,密封环的传热问题简化为二维问题,导热微分方程式是:52T2x+52T2r+1r×5Tr=0式中:T———密封环的温度函数,T=T(x,r);x———表示轴向;r———表示径向。
利用ANSYS进行磁性流体密封装置磁场设计
收稿日期:2004-06-15作者简介:韩寿松(1978-),男,助教,硕士,主要从事液压传动方面教学和研究 E m ai:l hans housong @yahoo com cn利用ANS YS 进行磁性流体密封装置磁场设计韩寿松 苏力刚(装甲兵工程学院机械工程系机电室 北京100072)摘要:介绍了通用有限元软件AN S YS 的一般功能,讨论了利用ANSYS 软件对磁性流体密封装置的磁场进行有限元计算的一般步骤,详细描述了从创建物理环境到解后处理的全过程。
通过磁性流体密封装置的设计实例说明,用AN S Y S 对磁性流体密封装置磁场计算以及结构参数优化具有一定的意义。
关键词:ANSYS ;磁性流体密封;有限元中图分类号:TB271 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2005)3-128-3M agnetic Fiel d Analysis forM agnetic Flui d Sealsw it h ANSYSHan Shousong Su L i g ang(A cade my of Ar m ored Forces Engineeri ng ,B eiji ng 100072,China)Abstract :The ma i n function of AN SYS which isw i dely used as finite ele m ent analysis soft w are was introduced ,and the approac h of m agnetic field a nal ysis for magnetic flui d seals w ith ANSY S was developed .The whole pr ocess fro m creat i ngthe physical e nviron m ent to the postprocess after so l v i ng w as described i n detai.l T he result of a desi gn e xa mple sho ws that the appr oach o f magnet i c fiel d analysis and structure optm i izati on for m agnetic fluid seals w it h AN S Y S is si gnificat i ve .K eywords :AN SYS ;m agnetic flui d seals ;fi nite ele m e nt磁性流体密封在气体及旋转轴密封中具有无可比拟的优点:无泄漏、无磨损、结构简单、寿命长,受到国内外学者和工程技术人员的重视。
V型密封圈结构参数对密封性能影响研究
V型密封圈结构参数对密封性能影响研究谭蔚6付亚康6王建军2李兵兵％(1.天津大学化工学院;2.中国石油兰州石化公司设备维修公司；3.天津大学仁爱学院化工系)摘要利用ANSYS对高压柱塞泵V型密封圈进行有限元仿真分析，并搭建实验装置对模拟结果进行了验证。
在此基础上，研究了内、外过盈量、唇口角度对密封面接触压力和密封圈内应力分布的影响。
结果表明:过盈量增加,接触压力峰值增大,活塞杆往复过程中带出和带回的液体量都减少,有利于实现密封，但如果过盈量过大，会使密封面峰值压力过大、润滑效果变差从而加速磨损。
唇口角度增加，活塞杆内行程带回的液体量增加，可以减少泄漏，有利于实现密封。
研究结果可为V型密封圈的设计、选用和结构优化提供依据和参考。
关键词V型密封圈过盈量唇口角度接触压力有限元分析中图分类号TQ055.8+1文献标识码A填料密封是应用最早的密封技术之一，广泛应用在阀门、往复机械、液压气动装置、部分旋转机械及釜等装置中，因为在使用过程中填料与往复或旋转轴直接接触,容易发生磨损,因此填料的摩擦磨损成为影响填料密封可靠性、耐久性和稳定性的主要因素［1$3］%随着技术的不断发展和使用需求的不断提高，密封圈截面形状从最初的0型、矩形等，逐渐发展出了'型、U型、Y型及L型等较为复杂的填料密封形式⑷。
填料密封在实际使用过程中密封性能的影响因素众多,其中失效原因主要有动密封面摩擦磨损，密封圈材料在使用过程中蠕变失效等％这些失效原因与密封面的接触压力和密封圈内应力分布直接相关，所以国内外有很多学者对填料密封结构的受力进行了研究。
张付英等利用AN-SYS分析了方形同轴组合密封圈的结构和运行参数对其动静密封性能的影响［5］%祝娟和邹龙庆通过ANSYS建立了变截面密封圈的三维有限元模型，研究了其几何参数对密封性能的影响［0］。
谭晶等通过建立斯特圈的二维轴对称模型，分析了滑环厚度、接触力和介质压力对斯特圈接触压力的影响⑺。
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 。
聚四氟乙烯密封圈
For personal use only in study and research; not for commercial use聚四氟乙烯密封圈的特性与橡胶密封圈相比：一、材质优点：聚四氟乙烯（PTFE)又名特氟龙/铁氟龙或塑料王（F4),是四氟乙烯单体的共聚物，它具有下列优点;1.化学稳定性：几乎所有的化学抗性，强酸、强碱或强氧化剂及有机溶剂等对它均不起作用。
2.热稳定性：裂解温度在400℃以上，因此，它能够在-200℃~+350℃范围内正常工作。
3.减磨性：PTFE材料摩擦系数极低，仅0.02，是橡胶的1/40.4.自润滑性：PTFE材料表面具有突出的自润滑性，几乎所有的粘性物质均不能粘附到它的表面上去。
二，填充改性：但是纯PTFE不耐磨，要是它具有实用性，必须对它填充改性处理。
我们采用两种方法:一种是无机物填充改性，在PTFE 里加入玻璃纤维、碳素纤维、石墨、二硫化钼等。
另一种是有机物填充改性，在PTFE里加入聚苯酯、聚苯硫醚等。
通过改性使PTFE 耐磨性能提高了2000倍，又增加了刚性、导热性，使油封达到高寿命要求。
三，密封原理： PTFE油封唇口在加工时被拉成喇叭状，由于PTFE 经拉制后具有记忆收缩能力，在工作中产生的摩擦热使唇口会不断收缩，所以不需要弹簧的帮助，它会紧紧抱在轴上，不让它与轴表面有间隙存在，又能补偿磨损。
四，产品优点：聚四氟乙烯（PTFE）油封与橡胶油封比较有以下优点：1、橡胶油封采用弹簧压紧的尖唇口，与轴接触面宽仅为0.3—0.5mm，PTFE油封采用无弹簧的宽唇动力结构，与轴接触面宽为5—7mm，这样可以保持一个足够的油膜，而且对轴的偏心不敏感，在径向跳动0.4mm工况下仍可正常工作。
2、PTFE油封内壁刻有与轴转向相反的螺纹槽，当轴旋转时会产生一个向内推力，阻止流体外流。
这个推力很高，致使能封住1.0MPa(单唇)、3MPa（双唇）流体的压力，橡胶油封仅为0.03MPa3、PTFE油封极佳的抗磨擦性,特别适用于无油或少油状态工作，即使长期停机后再度启用,也能立即拥有低磨擦特性，橡胶油封仅适合有油状态工作。
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。
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。
Ansys软件在设备密封性仿真中的应用
Ansys软件在设备密封性仿真中的应用何新文;高驰名【摘要】密封性是设备重要的防护性能，针对工程中经常出现的密封设计不合理导致设备密封失效、橡胶垫永久变形等问题，研究了橡胶密封原理、应力—应变关系，并利用Ansys分析橡胶垫变形，指导设备密封设计。
阐述了橡胶垫片密封原理以及不同压缩量对密封性能的影响，给出了橡胶应力—应变计算公式，简单介绍了Ansys分析流程和常用的超弹性材料模型，以密封盒密封设计为例，说明如何应用Ansys对设备密封性能做定量计算。
用Ansys对结构进行应力分析，找出盖板的危险截面，对危险截面渗透压进行详细地分析，仿真计算结果表明该方案可行。
%Sealing is important for equipment.Improper sealing design could result in sealing fail and even permanent distortion of rubber.The rubber sealing principle,stress⁃strain relation and the application of Ansys in rubber distortion is researched in this paper to guide sealing design.This paper also expounds the rubber sealing principle and the influence of different compressive deformation to sealing and puts forward the calculation formula on stress-strain. The basic flow chart of Ansys and the model of hyperelastic material are briefly introduced.Taking a sealing box as an example,this paper explicates the quantitative calculating method of equipment sealing performance by Ansys.The model is analyzed by Ansys and the dangerous section is determined.The dangerous section of the rubber is analyzed in detail.Analysis results show the design is feasible.Experimental results prove the analysis method is feasible and effective.【期刊名称】《无线电工程》【年(卷),期】2016(046)004【总页数】4页(P75-78)【关键词】Ansys;橡胶密封;应力-应变关系;接触压力【作者】何新文;高驰名【作者单位】中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081【正文语种】中文【中图分类】TH122Abstract Sealing is important for equipment.Improper sealing design could result in sealing fail and even permanent distortion of rubber.The rubber sealing principle,stress-strain relation and the application of Ansys in rubber distortion is researched in this paper to guide sealing design.This paper also expounds the rubber sealing principle and the influence of different compressive deformation to sealing and puts forward the calculation formula on stress-strain.The basic flow chart of Ansys and the model of hyperelastic material are briefly introduced.Taking a sealing box as an example,this paper explicates the quantitative calculating method of equipment sealing performance by Ansys.The model is analyzed by Ansys and the dangerous section is determined.The dangerous section of the rubber is analyzed in detail.Analysis results show the design isfeasible.Experimental results prove the analysis method is feasible and effective.Key words Ansys;rubber sealing;stress-strain relation;contact pressure电子设备密封形式一般为静密封，主要采用垫片密封的形式来实现，而垫片材质的选择、密封沟槽的设计及垫片的安装是垫片密封设计的关键[1]。
密封基础知识聚四氟乙烯以及聚四氟乙烯密封圈完整版
密封基础知识聚四氟乙烯以及聚四氟乙烯密封圈Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】密封基础知识-----(聚四氟乙烯)以及(聚四氟乙烯密封圈) 聚四氟乙烯聚四氟乙烯是四氟乙烯的聚合物。
英文缩写为PTFE。
聚四氟乙烯的基本结构为. - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 - CF2 -. 聚四氟乙烯广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的,它本身对人没有毒性，但是在生产过程中使用的原料之一全氟辛酸铵(PFOA)被认为可能具有致癌作用。
聚四氟乙烯相对分子质量较大，低的为数十万，高的达一千万以上，一般为数百万（聚合度在104数量级，而聚乙烯仅在103）。
一般结晶度为90～95％，熔融温度为32 7～342℃。
聚四氟乙烯分子中CF2单元按锯齿形状排列，由于氟原子半径较氢稍大，所以相邻的CF2单元不能完全按反式交叉取向，而是形成一个螺旋状的扭曲链，氟原子几乎覆盖了整个高分子链的表面。
这种分子结构解释了聚四氟乙烯的各种性能。
温度低于19℃时，形成13／6螺旋；在19℃发生相变，分子稍微解开，形成15／7螺旋。
虽然在全氟碳化合物中碳-碳键和碳-氟键的断裂需要分别吸收能量和／mol，但聚四氟乙烯解聚生成1mol四氟乙烯仅需能量。
所以在高温裂解时，聚四氟乙烯主要解聚为四氟乙烯。
聚四氟乙烯在260、370和420℃时的失重速率（％）每小时分别为1×10-4、4×10-3和9×10-2。
可见，聚四氟乙烯可在 260℃长期使用。
由于高温裂解时还产生剧毒的副产物氟光气和全氟异丁烯等，所以要特别注意安全防护并防止聚四氟乙烯接触明火。
力学性能它的摩擦系数极小，仅为聚乙烯的1／5，这是全氟碳表面的重要特征。
又由于氟-碳链分子间作用力极低，所以聚四氟乙烯具有不粘性。
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。
ANSYS 14.0 实例 基于重分网格的密封圈大变形分析
AMESH,2
REMESH,FINISH
AREMESHCN
MAPSOLVE,50,
FINISH
/SOLUTION
ANTYPE,,RESTART !激活重启动
SOLVE !开始求解
! Create a pilot node
KSEL,S,,,10
KATT,-1,4,4,-1he contact surface
LSEL,S,,,1
LSEL,A,,,2
CM,_CONTACT,LINE
TYPE,5
NSLL,S,1
FINISH
CMDEL,_CONTACT
/DIST,1,1.37174211248,1
/REP,FAST
/DIST,1,1.37174211248,1
/REP,FAST
/FOC,1,0.3,,,1
/REP,FAST
!*
CM,_NODECM,NODE
CM,_ELEMCM,ELEM
LSEL,A,,,6
LSEL,A,,,7
LSEL,A,,,8
CM,_TARGET,LINE
TYPE,2
LATT,-1,3,2,-1
TYPE,2
LMESH,ALL
! Create a pilot node
! At center of mass of target geometric entities
/FILNAME,Sealing ring large deformation,0
/PREP7
ET,1,PLANE182
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的聚四氟乙烯密封圈仿真研究作者：芦付臣张春堂于洋
来源：《中国科技博览》2014年第34期
[摘要]本文通过ANSYS软件对聚四氟乙烯密封圈进行有限元分析，研究了其密封性能，得到了安装状态和加载状态下聚四氟乙烯密封圈的等效应力分布和接触压力分布云图，发现聚四氟乙烯密封圈在正常情况下均能较好的密封能力，并可以密封较高压力的介质。
[关键词]聚四氟乙烯；密封圈；仿真研究；ANSYS
中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0317-01
引言
聚四氟乙烯密封圈是由一个相对较薄的聚四氟乙烯环包覆一个橡胶O形圈组成，属于挤压式滑动密封。
它是靠聚四氟乙烯包覆环与轴和沟槽的表面相接触，在预压缩力和介质压力的共同作用下使聚四氟乙烯包覆环变形堵住轴与孔的间隙，橡胶O形圈被压缩也产生弹性力作用于包覆环，增加接触面的接触压力，阻抑油液流向低压区发生泄漏，从而实现密封。
目前，密封件的设计大多依靠实验进行，实验的诸多因素都会造成密封误差，导致密封实际应用时失效。
随着有限元技术的迅速发展和日趋成熟，设计人员越来越多的将各种实验通过相关的有限元软件来进行模拟分析，这不仅降低了实验成本，还缩短了产品的设计周期。
将有限元法引入到了密封件的设计上，对所设计的密封结构进行仿真分析，可以得到密封件的应力分布云图以及接触压力曲线等与密封能力直接相关的参数，对密封的寿命进行预测。
本文通过ANSYS 软件对聚四氟乙烯密封圈进行有限元分析，对其综合等效应力及接触应力的分布进行研究。
1 建立聚四氟乙烯密封圈有限元模型
聚四氟乙烯密封圈模型包括旋转轴、O型圈、密封导套等组成。
在安装挤压的过程中，旋转轴与密封导套相对于密封件的弹性变形量极小，可以将旋转轴与密封导套近似看作刚体，以简化模型。
旋转轴与密封导套的材料均为不锈钢1Cr18Ni9Ti，弹性模量为210GPa，泊松比为0.3。
有限元分析过程中，鉴于其边界条件的复杂性，故将密封结构的旋转轴和密封导套作为整体进行分析。
根据密封结构的轴对称特性，以及载荷和边界条件的施加特点，可以将模型简化为二维平面轴对称模型，这样不仅不影响计算结果，还可以节省大量建模及计算时间。
聚四氟乙烯密封圈密封结构的有限元模型如图1所示。
模型中O形圈与旋转轴，O形圈与密封导套，以及O形圈与导套上的槽之间均设有接触对。
根据接触对的定义准则，确定旋转轴和密封导套作为目标体，O形圈作为接触体。
旋转轴和密封导套采用线性实体单元PLANE42模拟，橡胶单元采用超弹单元PLANE182模拟。
在模型网格划分中，旋转轴和密封导套做刚体处理，基本不发生变形，故模型中网格划分较少，而O形圈的受力及变形是本节的重点研究内容，且在分析过程中形变位移较大，因此对而O形圈的网格划分较细。
O形圈的网格是利用ANSYS的网格划分功能，先建立1/4截面的单元，然后进行镜像操作，形成其实际网格单元，这种网格可以很好的模拟O形圈的的受力情况。
模型中共划分945个单元，1086个节点。
2 施加载荷和约束
约束载荷的施加，先把密封导套外边界的 X、Y 方向位移定义为0，作为密封结构分析的基础；将旋转轴外边界的X方向位移定义为0，防止计算时出现压力不均衡，而得不到收敛的结果。
然后给旋转轴的-Y方向施加一个位移，使其到达安装位置，模拟O形圈安装状态下的压缩量。
最后，在O形圈引入高压水的一侧施加一定压力载荷，模拟最终的接触变形状态。
O 形圈在安装状态下会产生较大的形变，因此在施加压力载荷时，不能直接加在两个半圆形边界上，应根据具体压缩量的大小，反过来定义需要加载的节点。
分析的过程中，添加三处边界条件：第一是密封导套，其外边界位置固定不变；第二是旋转轴，其外边界X方向保持不变，完成压缩过程后整体保持不变；第三是引入的高压液体载荷。
将旋转轴-Y方向的位移定义为第一个载荷步，作用在O形圈上的高压载荷定义为第二个载荷步，求解时按照以上两个载荷步顺序进行。
3 有限元结果分析
（1）O形圈等效应力分布
聚四氟乙烯密封圈安装状态下的综合等效应力Von Mises Stress （SEQV）分布图2所示。
从图中可以发现，在安装完成后，O形密封圈被压缩成近似为椭圆形。
O 形密封圈所受应力主要集中于中间的上下两侧，呈“哑铃”状对称分布，靠近接触面的应力较大。
安装状态其最大综合等效应力为5.78MPa。
在O形密封圈的左侧施加40MPa压力，聚四氟乙烯密封圈的等效应力分布如图3所示。
从图3中可以看出，聚四氟乙烯密封圈中应力分布有规律，变形合理，最大综合等效应力为8.33MPa。
由材料性能参数可知，聚四氟乙烯密封圈仍在许用范围之内，不会产生扭曲变形。
（2）O形圈接触压力分布
聚四氟乙烯密封圈安装状态下的接触压力分布图4所示。
由图4可以发现最大接触压力基本出现在接触位置的中间部位，接触压力从最大接触压力处向两侧呈抛物线的趋势递减，并且O形圈上部和下部产生的接触压力相互对称。
图中，聚四氟乙烯密封圈的最大接触应力为7.12MPa，因此聚四氟乙烯密封圈可以密封较高压力的介质。
4 结论
本文通过对聚四氟乙烯密封圈进行有限元分析，得到了其安装及加载状态下的等效应力分布和接触压力分布云图。
分析发现，安装及加载状态下聚四氟乙烯密封圈具有良好的静密封能力，聚四氟乙烯包覆圈能保持正常工作，并可以密封较高压力的介质。
参考文献
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[2] 孙杰，杨咸启.复合材料密封圈非线性大变形的有限元分析[J].润滑与密封，2006，（4）：115-118.
[3] 陈碧凤.剖分式机械密封结构有限元分析[J].机械，2010，37（9）：34-36.
[4] 李志方，高诚辉，林有希.聚四氟乙烯的摩擦学改性[J].塑料工业，2005，33（8）：13-15.
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[6] 夏元白，蒋春梅，吕治忠.钻井泵活塞接触应力分析[J].西南石油学院学报.2004，26（1）：71-74.
作者简介
芦付臣（1973-）男，河南登封人，助理工程师，2008年毕业于河南理工大学，现从事机电设备管理工作。