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基于Abaqus的O形橡胶密封圈热应力分析

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力 的求 解分 为以下２ 步 ：首先 由热传 导方程求 出温
卢＝ａ （ ３ Ａ ＋ ２ Ｇ ）
２ 有 限 元 分 析
随 着 计 算 机 的 发 展 及 有 限元 分 析 软 件 （ 如
Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 和Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ ）的 开发 ，对 轮 胎 和橡 胶 制 品进
行 了越 来越 深入 的研 究 ；但 由于橡 胶 材料 的非 线 性 、几何 非线性 和边界 条件非线性 ，增加 了仿真模 拟难 度 。在此 ，以轮胎 和橡 胶制 品研 究 中常 用 的 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模型为例 ，根据 变分原理 ，对 Ｏ 形橡 胶密封 圈进行不考虑温度 因素 的应力分 析及考 虑温 度 因素 的热应力分析 Ｊ 。
变 ，推 广到温 度场 中 ，即 ：
ｓ ：
吉 ［ — （ ＋ ） ］ ＋ ｆ ‘ ’
根据 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模 型 ，用 硬度 求 弹性模 量 ， 密封 圈 参数 Ｃ。 ＝ １ ． ３ ８ ０ ，Ｃ ＝ ０ ． ３ ４ ５ ，线膨 胀 系数 为
要 意义 。 本 课题 在 弹性力 学理 论基 础上 ，运 用Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ
的广义 虎克定律 ：
＝
２ Ｇ ｅ ｌ ＋ 九 一／ ３ ｔ
（ ２）
式 中 ，Ｐ 为体 积应 变 ；Ｇ 为 剪切模 量 ；Ａ为拉梅 常
数， 为热应力系数。
Ｅ讧
＝
有限元软件 对Ｏ 形橡胶密封 圈进行正 常工况下 的仿
．
ｂ Ｊ ＝ －
Ｗ
－／ Ｕ
Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ 。 Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
２ ０ Ｉ ｊ年 第 ６期
基于Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 的。形橡胶密封圈热应力分析
王 丹 ，韩 磊 ，陈加 鑫。
（ １ ． 中海 油 能源 发 展采 油 服 务 公 司技 术 中心 ，天 津 ３ ０ ０ ４ ５ ７ ；２ ． 海 洋 石 油 工程 股 份 有 限公 司建 造公 司， 天 津 ３ ０ ０ ４ ５ ２ ）
式中 ， ｓ 为应 变 ， 为弹性模量 ， 为泊松化 ，盯 为应力 ， 为线膨胀 系数 ；ｆ 为温升 ，ｆ 代表 ，Ｙ ，ｚ
三个方 向。
式 （ １ ）是用应力 及温度表 征应变 的广 义虎克 定律 ，可 由式 （ １ ）推导 ，用应 变和温 度表征应 力
研究橡胶 密封圈的温度对 其密封性能 的影响具有重
橡 胶 密封 圈密 封 性 能 有 一 定 影 响 。
关键 词：０ 形橡胶密封 圈 ；Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 有限元分析 ；热应力 ；温度 ；密封性能
Ｏ 形橡胶 密封圈一般适用 于静密封 ，其使用温 度范 围取决于所用橡胶材料 ，超过材料 的耐受温度 极限会造成密封 圈产生大 的压缩永久变形 ，直 至失 效 。美 国挑 战者号 航天飞机 的失 事正是 由于０ 形 橡 胶密封 圈在低 温下 失去密 封能力而导致 的 。因此 ，
而增大 ，应力与温度呈一次线性关系 。
Hale Waihona Puke 表 １ 不 同温 度和 压 力下 Ｏ形 橡 胶 密 封 圈的
最大Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力
（ ３）温 度 的变 化 对 低 密 封 压 力 下 使 用 的 Ｏ 形 橡 胶 密 封 圈密 封 性 能影 响较 大 ，而 对 高 密 封
压力 下 使 用 的Ｏ 形 橡 胶 密封 圈 密封 性 能影 响相对
的Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力 云 图
（ １ ）在一 定预 压缩率下 ，０ 形 橡胶 密封 圈 随 着密封压力的增 大 ，其Ｖ ｏ ｎ Ｍ ｉ ｓ ｅ ｓ 应力 随之增 大 ，且
压力越大Ｏ 形橡胶 密封 圈越容易挤 出损坏 。 （ ２）在 环境温 度变化 时 ，Ｏ 形橡 胶密 封 圈的 应力 和应变变化 ，其Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应力随着温度 的升高
度分布 ，然后 由热弹性力学方程求 出应力和位移 。 近 代 的线性 热应 力理 论 是 由法 国 的杜哈梅 尔 和德 国的诺 依曼 于１ ８ ３ ５ 年提 出 ，简称 杜哈梅尔 一 诺 依曼理论 】 。热 弹性力学作 为弹性力学 的一部分 ，
其解题思路与 弹性力学一致 ，只是要将温 度变化 产 生 的应力 、应变用热 弹性力 学原理计算 出来 。根据
・
１ ８ ・
Ｊ± 【Ｊ
Ｉ Ｖ ｌ ７
Ｔｈ ｅ ｏ ｒ ｙ’ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
２ ０ Ｉ ３年第 ６期
图５ ｏ形 橡 胶 密 封 圈在 不 同温 度 下 的 Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应 力 变化
３ 结 论
图４ ２ ５℃时Ｏ形橡胶 密封 圈１ ＭＰ ａ 压 力下
摘要 ：建２ ０ 形橡胶密封 圈平面轴对称有 限元模 型 ，采用Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 有 限元软 件的 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模型 ，分析Ｏ 形橡胶 密封 圈加压后 的Ｖ ｏ ｎ Ｍｉ ｓ ｅ ｓ 应力分布及温度对应力 的影 响 。结果 表明 ，０ 形橡 胶密封 圈应力与温度呈 一次线性关 系 ，温度变化 对Ｏ 形
真 ，然后改变温度 ，进行热应力分析 ，通过对 比不
同仿真结果得 出应力与温度 的关系 。
（ １ ＋ ／ ． ｔ ） （ １ － ２ ／ ． ｔ ）
（ ３）
（ ４）
１ 热弹性 力学理论
众所周知 ，当温度改变 时 ，物体 由于外在约束
与 内部约束 的相互作用 ，不能完全 自由膨胀 而产 生 应力 ，该应力称 为热应力 ，也 叫变温应 力Ｉ ３ １ 。热 应
对比图4与图l可以看出最大应力由1973mpa变为2081mpa时0形橡胶密封圈的形状发生理论?研究theoryreseamh图2预压缩率10时o形橡胶密封圈5mpa压力下的vonmises应力云图图3预压缩率10时o形橡胶密封圈10mpa压力下的vonmises应力云图了细小的变化内部网格发生了滑移
线性 热应力 理论 ，微 元体 的总应变 由２ 部分组 成 ： 是由应力引起的应变 ，二是 由温度变化引起 的应
一
２ ． １ 模 型 建 立
研 究选 用 Ｏ 形 丁 腈橡 胶 密 封 圈 ，其 内径 为 ５ ０
ｍｍ ，截 面 直 径 为 ７ ｍｍ ，邵 尔 Ａ 型 硬 度 为８ ０ 度；

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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

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。

ABAQUS下O型密封圈分析

ABAQUS下O型密封圈分析

ABAQUS下O型密封圈分析最近在群里见有人在询问如何使用橡胶材料进行接触分析，今天在本文中进行相关介绍。

案例选择之前在workbench中介绍的密封圈压缩案例，对于O型密封圈，模型符合轴对称特性，可简化为轴对称模型进行相应分析。

模型简化如下图：图1 模型认识ABAQUS有限元分析流程如图2所示，本文仍按照相应流程进行介绍：图2 ABAQUS有限元分析流程介绍一、前处理1.1 几何模型的构建本案例中的几何模型较为简单，因此直接在abaqus中创建。

将Module切换到Part模块，单击create part创建压块部件，部件类型选择Axisymmetric、Deformable、Shell，进入草图环境，绘制内圈图形，绘制完成后单击done完成创建。

再依次创建O型圈以及外圈零件。

1.2 材料参数的定义1.2.1 材料本构将Module切换到property模块。

内圈、外圈采用结构钢材料，O型圈采用橡胶超弹性材料橡胶材料使用Ogden材料本构模拟，具体参数见workbench下O型圈密封分析（可插入之前workbench的相关链接）。

1.2.2 截面定义单击create section为内外圈以及橡胶各创建一个截面属性，类型为solid，Homogeneous，在弹出的对话框选择相应材料，如下图所示。

图3 截面创建1.2.3 截面指派为各零件指派相应的截面属性。

1.3 网格系统的构建1.3.1 网格划分将Module切换到Mesh模块。

通过合理控制网格大小，得到如图所示的网格图4 网格系统1.3.2 单元类型设定对于本例，需要修改橡胶圈单元类型为CAX4RH1.3.3 装配将Module切换到Assembly模块，进入装配环境，按照图1所示位置关系进行装配。

二、求解2.1 求解器的设定将Module切换到Step模块。

单击Create step创建分析步，分析步类型为Static，General，注意，此案例需要打开Nlgeom，即需要考虑几何非线性的影响。

ABAQUS热应力分析解析实例详解

ABAQUS热应力分析解析实例详解

ABAQUS热应力分析解析实例详解ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以进行各种不同类型的分析，包括热应力分析。

热应力分析是通过模拟材料受热后发生的变形来评估材料的热稳定性和耐久性。

在这篇文章中，我们将详细介绍ABAQUS热应力分析的步骤和实例。

首先，我们需要创建一个ABAQUS模型。

模型包括几何形状、材料属性和边界条件。

在热应力分析中，我们通常需要定义一个热源，以及材料的热传导、热膨胀和热辐射等属性。

在这个实例中，我们将模拟一个烤箱的加热过程。

模型是一个简单的长方体，材料是钢铁，边界条件是恒定的热流。

下一步是定义材料属性。

我们需要定义钢铁的热传导系数，热膨胀系数和热辐射系数。

这些属性通常可以从材料手册或实验中获得。

我们将使用以下参数：-热传导系数：40W/mK-热膨胀系数：12e-61/°C-热辐射系数：0.8接下来，我们需要定义边界条件。

在这个实例中，我们将模拟一个恒定的热流输入。

我们可以通过选择“控制模拟”菜单中的“载荷”选项来定义边界条件。

在强制边界条件下选择“热流”载荷，然后指定热流的大小和方向。

我们将选择1000W的热流输入。

然后，我们需要定义分析步骤。

在这个实例中，我们将使用一个稳态热分析步骤。

在强制模式下选择“热”分析步骤，然后指定步骤的参数，包括时间步长和总时间。

我们将选择0.1s的时间步长和10s的总时间。

在模拟之前，我们需要定义网格划分。

网格划分是将模型分解为多个小元素的过程，以便于进行数值计算。

ABAQUS中有多种网格划分方法可供选择。

我们可以通过选择“网格”菜单中的“划分”选项来进行网格划分，然后选择适当的网格划分方法和参数。

当所有定义都完成后，我们可以点击“开始模拟”按钮开始进行热应力分析。

ABAQUS将使用已定义的模型、材料属性、边界条件和分析步骤来进行数值计算。

计算结果将显示在ABAQUS的图形界面中。

在热应力分析完成后，我们可以查看结果并进行后处理。

基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析

基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析

第42卷第1期固体火箭技术Journal of SolidＲocket Technology Vol．42No．12019基于Abaqus的往复运动中双道O型圈密封性能分析①张镇国1，沙宝林1，王才1，阎涛2（1．中国航天科技集团公司四院四十一所，西安710025；2．中国航天科技集团公司四院四十四所，西安710025）摘要：建立了双道O型圈密封的轴对称模型，采用施加轴向位移的方式模拟O型圈的预装过程，利用Abaqus的压力渗透加载方式动态地寻找密封面的临界点。

仿真模拟了O型圈的预装过程、介质加压过程和往复运动过程，研究了介质压力、往复运动速率对O型圈密封性能的影响。

结果表明，在预装过程开始的很短时间内，Mises应力便出现峰值，然后回落，随着介质压力的增大，O型圈内Mises应力、接触应力、接触宽度和动摩擦力都会相应增大，双道O型圈在静密封和动密封中均能保持很好的密封性能。

关键词：O型圈；压力渗透；往复运动；密封性能中图分类号：V435．+4文献标识码：A文章编号：1006－2793（2019）01－0085－07DOI：10．7673/j．issn．1006－2793．2019．01．013Analysis of the double-sealing performance of O-ringin reciprocating movement based on AbaqusZHANG Zhenguo1，SHA Baolin1，WANG Cai1，YAN Tao2（1．The41st Institute of the Fourth Academy of CASC，Xi＇an710025，China；2．The44st Institute of the Fourth Academy of CASC，Xi＇an710025，China）Abstract：An axisymmetric model of double O-ring seals has been established，and the pre-assembly process of O-ring was sim-ulated by applying the axial displacement．The pressure penetration loading method of abaqus has been used to find the critical point of the sealing surface dynamically．The pre-assembly process，medium pressurization process and reciprocating motion of O-ring has also been simulated．The effect of medium pressure and the velocity of reciprocating motion on the performance of O-ring seals have been found．The results show that the Mises stress reaches its maximum and then falls back in a very short time in the pre-assembly process．With the pressure of the medium increases，the Mises stress，contact stress，contact width and dynamic frictional force in the O-ring will increase correspondingly．The double-seals by O-ring can maintain good sealing performance in both static and dynamic sealing conditions．Key words：O-rings；pressure penetration；reciprocating movement；seal performance0引言固体火箭发动机因其具有结构简单、工作可靠、长期待命、启动发射迅速等特点，在导弹动力装置中得到了非常广泛的应用［1］。