在閥門、橡膠、鋼管等行業(yè)，密封件是常見的結構部件，經(jīng)常需要進行設計仿真，橡膠這種材料由于其柔韌性和密封性對仿真軟件性能要求較高，本例采用達索系統(tǒng)Abaqus有限元軟件。Abaqus可以分析復雜的固體力學結構力學系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復雜的問題和模擬高度非線性問題。同時Abaqus 可以對密封件進行非線性有限元分析 (FEA)，并使用壓力滲透功能驗證密封件性能。

Abaqus對密封變形和應力及接觸壓力分布的仿真

通過仿真分析，工程師可以確定密封變形和應力以及接觸壓力分布。使用 Abaqus 考慮接觸面和密封之間的壓力穿透效應，可以使密封研究更加準確。

此功能使用壓力滲透選項模擬接觸表面之間的流體滲透或壓力滲透。氣壓滲透接頭并對形成接頭的表面施加壓力，直到到達表面的某個區(qū)域，其中鄰接表面之間的接觸壓力超過壓力滲透選項中指定的臨界值，從而阻止進一步滲透。

在本文中，我們將對密封件執(zhí)行非線性有限元分析，以使用 Abaqus 中的“壓力滲透”功能驗證其性能。

Abaqus對橡膠密封圈和鋼管的限元模型進行壓力滲透仿真

為了直觀的展示，首先創(chuàng)建了由兩種不同材質(zhì)組件的 3D 模型：綠色橡膠密封件和白色鋼管。這兩個組件均使用對稱支撐條件建模，并在一個或多個端部承受流體或氣壓。

壓力會穿透橡膠密封圈，直到接觸面之間的接觸壓力超過臨界值。防止進一步穿透。

材料特性：

橡膠密封圈采用簡單的超塑性材料模型，其參數(shù)為 C10 = 0.752 和 D1 = 0.026。

通過施加剛體約束，將鋼管建模為剛體。

網(wǎng)格劃分：

橡膠密封圈和鋼棒采用六角單元劃分網(wǎng)格，在Abaqus/Standard計算中指定單元類型為C3D8R。

接觸特性：

切向行為：摩擦系數(shù)為 0.1

正常行為：硬接觸

鋼管橡膠密封圈的變形分析

第1步：將鋼棒向下移動10mm，插入橡膠密封圈中。

第2步：現(xiàn)在我們模擬加壓流體從上方進入建模區(qū)域并對橡膠密封圈的暴露部分施加壓力的效果。

第3步：將鋼管在水平方向移動3mm，由于接觸條件的改變，使流體壓力部分被阻斷，部分被導通。

定義壓力-滲透相互作用

“接觸對”方法用于模擬可能發(fā)生壓力滲透的接觸。

現(xiàn)在可以選擇先前定義的接觸相互作用，這樣主界面和次界面就已經(jīng)知道了。必須在主表面和次表面上定義一個區(qū)域，在該區(qū)域上最初施加壓力。次表面上的區(qū)域是強制性的。

在這種情況下，選擇下圖中中箭頭所指的區(qū)域。然后壓力自動滲透到第一個密封齒。

同時還必須指定流體壓力。這里指的是施加在非接觸區(qū)域的壓力。在本例中，選擇 0.05 MPa 的流體壓力，該壓力在模擬步驟中逐漸增加。

“臨界接觸壓力”決定了鄰接表面之間的接觸壓力的臨界值，從而防止進一步滲透。

最后，為橡膠密封圈指定自接觸。

可以看到由于壓力滲透而對表面施加的壓力。軟件顯示了施加壓力的位置及其當前大小。

實驗結論

如下圖所示，流體壓力可以通過接觸來停止。

管道橫向移動后，左側第一個密封齒的接觸面分離，從而使壓力滲透到右側。但仍然可以維持密閉性能。

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