基于ANSYS的O型橡胶密封件防水性能研究

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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。

基于ANSYS的聚四氟乙烯密封圈仿真研究

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。

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。

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ＹｏｎＭｉｓｅｓ应力的数值ＮＮ／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ＶｏｎＭｉｓｅｓ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。

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。

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]。

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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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。

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２９２４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０．１～４００ＭＰａ，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。
１Ｏ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，ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ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

高压管线固定球阀O形密封圈有限元分析

高压管线固定球阀O形密封圈有限元分析利用ANSYS建立了公称通径1500mm,公称压力15MPa的高压管线固定球阀壳体和法兰连接处O形橡胶密封圈密封的二维轴对称模型,采用五常数应变能密度函数计算了橡胶材料的Mooney-Revlin常数,经分析得出安装后的接触压力不能保证密封,在施加工作载荷后的接触压力大于工作压力,且小于材料许用压力,可以保证密封。

并分析了相同沟槽、不同截面,不同压缩率对接触压力的影响,槽宽对接触压力和槽口倒角半径对剪切应力的影响,结果表明截面尺寸越大,压缩率越大,最大接触压力就越大。

槽宽对接触压力没有影响,槽口倒角半径前切应力的影响较小。

标签：O形橡胶密封圈有限元分析接触压力0 引言O形橡胶密封圈以其成本低廉、结构简单以及安装和使用方便等优点,被广泛应用于汽车、动力机械及流体液压机械等领域[1]。

其在使用过程中,是依靠橡胶本身的弹性来预先压缩,给予密封表面一定的接触,形成在接触表面上的接触压力使其达到密封。

一般來说,O形密封圈的压缩量和沟槽的合理选择十分关键。

但目前,国内橡胶O形密封圈的设计基本上是依赖一些经验数据和定性原则。

O 形密封圈在沟槽内的接触变形和密封界面上的接触应力分布是影响其密封性能的重要参数。

由于橡胶密封件的设计涉及到固体力学、摩擦学、高分子材料科学、液体侵蚀以及机械制造工艺等多方面的理论知识,因而对橡胶密封件在安装和使用中的变形及密封界面上的接触应力的精确计算,在理论上存在较大的困难。

但随着计算机性能提高,接触问题新的求解方法产生以及大型有限元分析软件的发展,为橡胶密封件的使用状况进行模拟分析,研究人员在这方面已经取得一些成果。

本文作者利用ANSYS软件,结合公称通径1500mm,公称压力15MPa的高压管线固定球阀壳体和法兰处大直径O形圈静密封实例,对O形橡胶密封圈在高压条件下的应力和接触应力进行有限元分析是一项很有意义的工作,为在高压管线固定球阀O形橡胶密封圈的设计和使用提供一定的科学依据。

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。

基于有限元的O形橡胶圈密封性能分析

圈）过程为分析实例，采用ａｎｓｙｓ建立密封截面的工作模形，其中０形圈采用超弹性体单元ｈｙｐｅｒ５６模拟，密封舱体端面采用刚性单元
模拟。通过改变密封截面的参数和介质压力。计算出了不同参数下的仿真结果。最后分析仿真结果总结了几个密封影响因素对密封性
０引言
随着现代科技的发展．Ｏ形橡胶圈密封作为一种
高压密封领域有着广泛使用。
收稿目期：２０１３ — １１－０４作者简介：秦亚军（１９８６一），男，甘肃庆阳人，工程师，硕士，研究方向为海洋设备。
ＨｖｄｒａｕｌｉｃｓＰｎｅｕｍａｔｉｃｓ＆Ｓｅｌｓａ／Ｎｏ．０８．２０１４
ｄｏｉ：ｌ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０８１３．２０１４．０８．０１１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔ，ｉｔｂｉｅｒｆｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓｏｍｅｏｆｆａｃｔｏｒｗｈｉｃｈｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｅａｌｃａｐａｃｉｔｙｏｆｏ－ｉｎｒｇ．Ｔｈｅｎｉｔｕｓｅｄａｏ－ｉｎｒｇｏｆａｃａｂｉｎｗｈｉｃｈ
ＳｅａｌｉｎｇＰｅｆｏｒｒｍａｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆ０ — — ｒｉｎｇＢａｓｅｄｏｎＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ

O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析

给单元预加载荷 , 当节点进入刚性表面区
时 , 在法线方向规定的刚度就开始起作
图 1 接触单元的建立
用 [5]。
113 O 形橡胶密封圈的有限元模型的建立 O 形橡胶密封圈选自德国 Busak + Shamban 公司
的产品 , 型号为 O 2R ing 45 mm ×513 mm , 材料为腈基丁二烯橡胶 (NBR ) , 硬度为 IRHD (国际橡胶硬度等级 ) 85。
国内研究者采用不同的方法对 O 形圈进行了有限元力学分析 , 得出了不同条件下的应力分布情况。陈国定 [1 ]利用大型有限元软件 MARC /M entat320, 对 O 形圈安装状态和油压为 618 MPa情况下的力学性能进行了分析 , 求得了轴和密封接触面上的接触压力分布。左正兴采用 ANSYS软件对橡胶圈进行了研究 , 得出了无油压和 015 MPa油压下下 O 形圈的变形图 ,
物体间的接触、分离造成的 , 故接触问题又被称为状态非线性问题。目前 , 各国学者提出了许多接触问题的有限元算法 , 如直接约束法 , 罚单元法等。
(1) 直接约束法 : 所谓直接约束就是指将接触
条件直接代入的方法 , 不需要增加特殊的界面单元 , 不增加系统自由度数 , 也不涉及复杂的接触条件变化 , 这种方法比较简单 , 具有普遍适应性。
Ap r12006 No14 ( serial No1176)
O 形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析
周志鸿 1 张康雷 1 李静 1 许同乐 2
(11北京科技大学北京 100083; 21山东理工大学机械学院山东淄博 255049)
摘要 : 利用大型有限元软件 ANSYS对 O形橡胶密封圈在不同压缩率和油压下的变形与受力情况进行了分析研究 , 得出了相应情况下范 ·米塞斯 (Von M ises) 应力分布及接触压力与最大接触压力的变化关系。结果表明 : 随着油压的增加 , 范 ·米塞斯 (Von M ises) 应力相应增加 , 且应力峰区也相应改变 , 说明 O 形圈可能出现裂纹的位置是随着油压而变化的 ; O形橡胶密封圈与轴之间的最大接触压力随着压缩率、油压的增加而增加 , 在不同油压作用下 , 最大接触压力始终大于油压 , 满足 O形圈的密封条件。

基于ansys的o形橡胶密封圈密封性能及可靠性研究

做以下几点假设[5]：（1）丁腈橡胶（NBR）具有确定的弹性模量和
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

气动平衡器O形密封圈密封性能分析与试验

机廉可拿性Reliability of Machine Tool2021年第2期气动平衡器O形密封圈密封性能分析与试验邵瑞影①王洪军②宋娟①葛伟伟①(①青岛黄海学院智能制造学院，山东青岛266427；②青岛万宝压缩机有限公司，山东青岛266427)摘要:针对气动平衡器中O形密封圈的密封问题，利用ANSYS软件建立有限元分析模型,得出不同预压缩率和工作压力下应力的变化规律。

研究结果表明，随着预压缩率和工作介质压力的增大,密封圈所受到的最大接触应力和von Mises应力随之增大，预压缩率取20%时,von Mises应力受到工作压力的影响较小，密封效果较好。

搭建气动平衡器密封圈密封性能测试试验平台，通过测量重物最终稳定时下降的距离计算出装置的泄漏量，通过泄漏量检验密封效果，根据试验结果，证明选用的O 形密封圈具有良好的密封性能,可以满足现场工作的需要。

关键词:气动平衡器;O形密封圈;密封性能;试验；ANSYS中图分类号:TH138文献标识码:BDOI：10.19287/ki.1005-2402.2021.02.002Analysis and test of sealing performance of pneumatic balancer O-ring sealSHAO Ruiying①，WANG Hongjun②，SONG Juan®,GE Weiwei®((DSchool of Mechanical and Electrical Engineering,Qingdao Huanghai University,Qingdao266427,CHN；②Qingdao Wanbao Compressor Co.,Ltd.,Qingdao266427,CHN)Abstract:Aiming at the sealing problem of O-ring in pneumatic balancer,the finite element analysis model was established by using ANSYS software,and the change law of stress under different precompression rate andworking pressure was obtained.The results show that the maximum contact stress and von Mises stress ofthe sealing ring increase with the increase of the precompression rate and the working medium pressure.The sealing performance test platform of pneumatic balancer sealing ring was built.The leakage amount ofthe device was calculated by measuring the falling distance of the weight when it was finally stabilized.The sealing effect was checked by the leakage amount.Keywords:pneumatic balancer；O-ring seal close；sealing performance；test；ANSYS随着社会科技的进步,气动装置发展迅速,逐渐占据了吊装领域E。