干气密封补偿环O形圈的变形与应力分布规律

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、Von Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大Von Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明:O形圈密封最大Von Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.     

橡胶黏弹性对橡胶O形圈密封性能的影响

运用Ansys软件对橡胶密封圈进行瞬态动力学分析,研究橡胶材料的黏弹性对橡胶密封圈密封性能的影响。利用APDL参数化语言施加位移载荷,模拟橡胶密封结构在常温下的压缩追随性能,并在此基础上研究了橡胶O形圈的截面直径、间隙张开量、间隙张开时间、压缩率和压力对密封圈密封性能的影响。通过观察O形圈上表面的接触压力随时间的变化,探索在考虑振动工况和材料黏弹性的情况下O形密封圈的设计依据。研究结果表明,密封圈截面直径越大,其回弹时间越长,回弹量越小,压缩率、内压及密封面接触压力越大,追随间隙波动能力和密封性能越好。     

O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响

基于三重非线性理论,运用ANSYS Workbench软件,研究O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响。在沟槽底角a分别取80°、90°和100°的条件下,仿真分析了介质压力和摩擦系数变化时O形圈的Von Mises应力和接触压力分布情况,以此为O形圈密封性能的判定依据。结果表明,在一定的初始压缩率(ε=15%)和摩擦系数(f=0.1)条件下,沟槽底角不同时O形密封圈的最大Von Mises应力和最大接触压力都随着介质压力的升高而增大,其中a=80°和a=100°时的Von Mises应力变化基本相同,且始终大于a=90°时的对应值;与其他两种沟槽底角相比,a=100°时O形圈主密封面上的最大接触压力较大,密封性能更好;在一定介质压力下,沟槽底角不同时O形密封圈在3个密封面上的最大接触压力都随着摩擦系数的增大而先降后升,但始终大于介质压力,从而可以确保其密封性能良好。     

静水压力对水下滑翔器O形圈密封性能影响的数值分析

利用Workbench软件模拟不同压缩率下静水压力对O形圈变形、范·米塞斯应力和接触压力的影响,得到其间的对应关系.计算表明,静水压力对密封圈变形的影响随着压缩率的增大而减小;压缩率较小时,静水压力的增加会引发挤入现象,从而使范·米塞斯应力急剧增大,导致密封圈破坏,故水深较大时,需较大的压缩率或添加挡圈;在不同的压缩率下,接触压力随静水压力的增加而增大,最大接触压力始终大于静水压力,可保证其正常的密封性能.计算结果可为完善水下滑翔器密封结构的设计提供参考.     

密封弧面半径对C形组合密封圈密封性能的影响

为研究密封副处弧面半径大小对密封圈密封性能的影响,通过ANSYS有限元软件数值仿真方法研究了氢化丁腈橡胶和三元乙丙橡胶两种材料组成的C形组合密封圈.介绍了两种材料的非线性以及ANSYS中描述这类材料特性的Mooney-Rivlin模型,然后简述了有限元模型的建立、接触对以及载荷的设置.根据仿真得出的云图和数据,分别从Von Mises应力、剪切应力和接触压力三个方面来考察密封副处的弧面半径对C形组合密封圈密封性能的影响及密封圈能否满足工作要求.结果表明:在不同弧面半径的参数下,密封圈都可以达到密封效果;在弧面半径较大时,由于Von Mises应力以及剪切应力都较大,增加了密封失效可能性;在弧面半径较小时,密封副处接触压力比较大,增大了密封圈的磨损率,减短其使用寿命.得出当密封弧面半径选择13 mm时,最大Von Mises应力和剪切应力比较小,密封副处的接触压力适中,此值较为合理.     

往复活塞杆密封圈磨损的仿真

对往复运动活塞杆上的橡胶密封圈进行了磨损仿真研究。建立了密封圈与活塞杆接触的有限元模型,考虑到活塞杆采用车削的方式加工,用正弦函数表征活塞杆接触表面形貌、密封圈橡胶材料的非线性特性和外部高温高压环境因素,利用有限元技术中的生死单元技术模拟密封圈材料的损失。结果表明,高压力将导致较大的磨损深度,高温度将导致较宽的磨损宽度。初始阶段,最大密封压力随着温度和压力的增加而变大;随着磨损的进行,温度和压力越高,最大密封压力下降越快。活塞杆表面粗糙度幅值越大,密封压力下降越快。     

螺杆泵内部压力分布规律研究

利用有限元方法建立螺杆泵二维模型,分析螺杆泵压力传递规律,计算螺杆泵在不同压差下的接触压力,得出临界接触压力曲线.利用临界接触压力曲线分析螺杆泵内部的压力分布规律.结果表明:螺杆泵密封腔之间的接触压力随着密封腔之间压差的增加而增加,但接触压力比压差增加速度慢,存在一个临界接触压力值;不同内压力的密封腔之间的临界接触压力构成了临界接触压力曲线,随着内压力的增加临界接触压力减小;螺杆泵内部各密封腔压力值沿着螺杆泵轴向从吸入口到排出口逐渐增加,增加速度逐渐减小,最终达到一个最大值,即此螺杆泵的最大压力值.     

唇形密封圈润滑性能的数值模拟

在同时考虑密封压力,密封唇口和轴表面微观形貌、密封唇口过盈量、密封唇的弹性变形等因素的基础上提出了一种对唇形密封圈润滑面进行流体动压润滑性能计算的数值模拟方法。该方法可以有效地对不同密封压力下具有不同初始过盈量的唇形密封圈的润滑性能进行模拟计算,与现有的模拟计算方法相比更为合理。将所建立的模拟计算方法应用于江苏容天乐公司生产的WR型汽车水泵轴承密封圈的研究,数值计算了轴承工作时密封区域内两粗糙表面间的最大油膜压力、平均油膜压力、最小油膜厚度、平均油膜厚度,密封唇表面摩擦力等参数,得到了不同密封压力下初始唇口过盈量变化对密封面润滑性能影响的规律曲线,并对其进行了分析。     

基于ABAQUS的O形密封圈自力式密封方式的研究

目的分析自力式密封方式在摩擦系数、流体压力及密封间隙大小的作用下对密封圈的应力及等效压力的影响.方法利用ABAQUS软件建立O形密封圈对称模型,分析在不同的摩擦系数、不同密封间隙及流体压力下对应力及等效压力的影响.结果当摩擦系数大于0.3 MPa时,O形密封圈的应力及等效压力不再受摩擦系数的影响;O形密封圈的应力及等效压力将随着流体压力的增加而增加,但当流体压力大于2.0 MPa以后,O形密封圈的应力及等效压力分布及数值几乎无影响;间隙增大时应力分布区域增加,应力值也增大,等效压力逐渐降低.结论流体压力、摩擦系数对O型密封圈应力及等效压力的影响较大,密封间隙大小对密封圈的应力及等效压力也有影响.此结论在理论指导和实际应用上具有重要意义.     

方形同轴组合密封的结构及运行参数优化研究

利用ANSYS分析了方形同轴组合密封的结构及运行参数对其动静态密封性能的影响.结果表明:主密封面的最大静态接触压力随着滑环厚度的增加而显著减小,随滑环两侧倒角或O形圈压缩率的增加而增大;活塞杆的往复运动速度和滑环的摩擦因数对主密封面的最大动态接触压力和密封面间的摩擦力影响不明显.应用响应曲面法,以得到密封面最大接触压力和最小摩擦力作为优化目标,对该组合密封的结构参数进行优化设计,得到了方形同轴组合密封的最佳参数组合方案,即当方形同轴密封的滑环厚度为2.03,mm、顶倒角角度为33.26°、O形圈压缩率为16.70%,时密封性能最优.     

机械密封用O形橡胶密封圈微动特性

采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对机械密封用O形丁腈橡胶圈进行了轴对称有限元分析,重点考察了位移幅值、介质压力、压缩率及摩擦系数对其微动特性的影响.结果表明:随着位移幅值的增加,O形圈在微动界面上可呈现黏着、混合黏滑和完全滑移3种不同的接触状态;介质压力、压缩率及摩擦系数对O形圈的微动运行行为有重要影响;混合黏滑状态下O形圈密封界面摩擦力的显著波动会影响浮动环的浮动性;滑移状态下O形圈伴随着较高的Von Mises应力易导致其发生剪切破坏、表面磨损加剧;而在黏着状态下O形圈的综合性能最佳.因此,应避免O形圈运行于混合黏滑状态,压缩率取10%左右,并降低摩擦系数,以减缓其表面磨损和剪切破坏并满足补偿环浮动性和追随性.     

隔膜室橡胶密封圈结构参数研究

针对原密封圈的结构缺陷,改进了密封圈的结构,在美国AXEL实验室完成隔膜室密封圈橡胶材料性能实验.用有限元软件ANSYS对橡胶密封圈进行建模分析,以最大接触压力和最大等效应力为工作能力判据,分析结构参数对密封性能的影响,对密封圈结构的基本几何尺寸进行优化.结果表明:密封圈密封面宽度和压缩量应以保证均匀连续密封压力带,避免出现织物边缘应力过大为宜.确定了所分析参数隔膜室密封圈密封面宽取1.5 mm、压缩量取3 mm为最佳尺寸.解决了隔膜室密封结构的密闭性和早期失效问题,为设计提供参考依据.     

线接触弹性磨损的数值分析

磨损伴随在机械零部件的整个服役期内,对其寿命产生很大的影响.由于磨损是一个动态复杂的过程,现有的磨损研究主要集中在实验研究,这必然会增加成本及产品设计周期.为此,文中提出了一种基于Archard模型的数值计算方法,并用该方法对线接触弹性磨损全过程进行数值分析,最终得到不同滑动距离下的法向接触压力及磨损深度变化图.整个分析过程分步进行,即每计算一步都会更新表面接触形状,直至求出最大滑动距离下的磨损量.计算结果表明,在有摩擦力作用的情况下,对于线接触,接触压力会相对于初始接触点出现偏移,且摩擦系数越大,偏移越明显,接触宽度也会略微增大;在磨损过程中,接触状态会由线接触向面接触转化,压力分布的不对称性会逐渐减小,最终趋于对称分布.实验结果表明,数值预测值与实验值相一致.     

压裂泵柱塞密封副有限元分析

用有限单元法对OPI-1800AWS型压裂泵柱塞密封副进行了有限元分析,获得了橡胶密封圈与柱塞之间接触应力的分布规律以及接触应力与工作介质压力的关系。计算表明:橡胶密封圈在工作介质压力的作用下,有“偏离效应”的存在。即在密封圈的接触宽度上,唇部受拉伸,根部受压缩,主密封在靠近唇部位置;同时,主密封带的位置不随介质压力的变化而变化,且最大接触应力与工作介质压力之比为1.23。所有这些为润滑状态和密封机理的分析提供了计算依据,同时为密封圈结构设计提供了新的认识和理论依据     

固体火箭发动机密封结构优化仿真分析

利用有限元软件ANSYS对固体火箭发动机的O形橡胶密封圈进行了有限元仿真分析。探讨了不同工作压力下O形密封圈和挡圈结构的Von Mises应力分布,结果表明:随着工作压力的增加,密封圈和挡圈的Mises应力不断增加,应力峰区也在相应发生变化;增加挡圈结构可以有效防止密封圈挤入密封间隙中;增加挡圈结构后随着工作压力的增加密封圈上的应力增加比较平缓,应力峰值也集中于密封圈与挡圈接触区域。     

梅花形密封圈密封性能的有限元分析

针对钳盘式制动器制动活塞采用传统的O形橡胶密封圈容易存在局部变形、弹性不足致使密封失效等问题,为了提高制动活塞的密封性能设计了一种梅花形密封圈。利用Ansys Workbench软件建立了梅花形密封圈有限元模型,对其进行了热—结构耦合场的有限元分析,并与传统的O形密封圈进行了对比。结果表明:梅花形密封圈的Von·Mises应力和接触应力随着摩擦因数增大而缓慢减小,并且随着介质压力增大而增大,同时,其特殊的截面结构使得Von·Mises应力随着预压缩量的增大而减小;相比O形密封圈,梅花形密封圈的最大Von·Mises减小了10.39%,最大接触应力减小了10.29%,温度场的最高温度降低了28.3%。梅花形密封圈应力变化波动较小,可避免应力集中,其密封性能优于O形密封圈,使用寿命也较长。     

不同滑环槽形对组合密封结构性能影响分析

针对深海装备在深海高压环境下安全稳定运行的需要,基于非线性有限元接触理论,利用有限元分析软件ABAQUS建立组合密封结构的二维轴对称有限元模型,分析了不同滑环槽形对O形圈和滑环的最大Von Mises应力与接触应力的影响.结果表明:在不同的滑环截面形状下,O形圈的最大Von Mises应力位于滑环与沟槽之间的间隙处,且当滑环截面为矩形槽时,O形圈的最大Von Mises应力值相对比较小,同时不同滑环槽形对O形圈接触应力的影响非常小.相比较于其他滑环截面形状,滑环截面为矩形槽时所受的最大Von Mises应力与接触应力主要集中在滑环的第一个槽形口处,接触压力分布比较均匀,且接触压力变化曲线呈"三角形"分布,满足密封理论要求,有利于提高组合密封结构的密封性能,在高压环境下选用滑环截面形状为矩形槽时密封效果会更好.     

特殊螺纹接头密封结构比对分析

油套管特殊螺纹密封结构形式是影响密封性能的关键因素之一.采用有限元分析方法对比两种不同的主密封结构形式--锥面/锥面和弧面/锥面在上扣、拉伸、弯曲及内压加拉伸载荷条件下的接触压力、接触长度及沿主密封面泄漏穿透长度的变化,得到不同型面组合的密封能力随载荷的变化规律.得出新的密封准则为:密封接触表面之间的有效接触长度大于0.5 mm,接触压力最大与最小值之差是内压的5.8倍以上,在有效接触压力及长度范围内接触表面塑性应变控制在材料屈服点应变范围内,可使密封结构达到抗黏扣和消除密封间隙的目的.实物试验结果与数值模拟吻合较好,表明建立的模型正确,采用的方法合理;有限元模拟结果显示拉伸载荷对密封性能的影响显著高于弯曲载荷的.     

深海高压环境下组合密封结构性能分析

以深海高压环境下的组合密封结构为对象,基于ABAQUS有限元分析软件建立组合密封结构非线性轴对称有限元模型,分析深海高压环境对组合密封结构密封性能的影响,探明组合密封结构在深海高压环境下几何变形情况以及密封界面上接触应力的分布规律.结果表明:对于滑环槽型为矩形截面的组合密封结构,所受的最大应力主要集中在滑环的右上端部和左下端部,且接触压力分布较为均匀,有利于提高组合密封结构的密封性能.同时,组合密封结构中O形橡胶密封圈和滑环所受的最大Von Mises应力随着海水深度的增大而逐渐增大,研究结果为深海高压环境下组合密封结构几何参数的选择与优化设计提供理论指导与技术支撑.     

带金属O形环法兰密封结构的三维有限元分析

借助ANSYS Workbench有限元软件对带金属O形环法兰密封结构进行三维有限元分析,研究预紧工况和操作工况时法兰接触面处的接触压力及应力分布规律.结果表明:随着螺栓预紧力的增加,最大接触压力及最大应力值均增加,最小接触压力减小;操作工况时,随着流体内压的增大,最小应力值基本未发生变化,最大接触压力及最大应力值均减小,且最大接触压力均大于液体内压.