在閥門、橡膠、鋼管等行業(yè)，密封件是常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)部件，經(jīng)常需要進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，橡膠這種材料由于其柔韌性和密封性對(duì)仿真軟件性能要求較高，本例采用達(dá)索系統(tǒng)Abaqus有限元軟件。Abaqus可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)，特別是能夠駕馭非常龐大復(fù)雜的問(wèn)題和模擬高度非線性問(wèn)題。同時(shí)Abaqus 可以對(duì)密封件進(jìn)行非線性有限元分析 (FEA)，并使用壓力滲透功能驗(yàn)證密封件性能。

Abaqus對(duì)密封變形和應(yīng)力及接觸壓力分布的仿真

通過(guò)仿真分析，工程師可以確定密封變形和應(yīng)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(yīng)，可以使密封研究更加準(zhǔn)確。

此功能使用壓力滲透選項(xiàng)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(duì)形成接頭的表面施加壓力，直到到達(dá)表面的某個(gè)區(qū)域，其中鄰接表面之間的接觸壓力超過(guò)壓力滲透選項(xiàng)中指定的臨界值，從而阻止進(jìn)一步滲透。

在本文中，我們將對(duì)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(yàn)證其性能。

Abaqus對(duì)橡膠密封圈和鋼管的限元模型進(jìn)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(gè)組件均使用對(duì)稱支撐條件建模，并在一個(gè)或多個(gè)端部承受流體或氣壓。

壓力會(huì)穿透橡膠密封圈，直到接觸面之間的接觸壓力超過(guò)臨界值。防止進(jìn)一步穿透。

材料特性：

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

通過(guò)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?jiǎng)澐志W(wǎng)格，在Abaqus/Standard計(jì)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(dòng)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(jìn)入建模區(qū)域并對(duì)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(dòng)3mm，由于接觸條件的改變，使流體壓力部分被阻斷，部分被導(dǎo)通。

定義壓力-滲透相互作用

“接觸對(duì)”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(gè)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(qiáng)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(dòng)滲透到第一個(gè)密封齒。

同時(shí)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(jìn)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(duì)表面施加的壓力。軟件顯示了施加壓力的位置及其當(dāng)前大小。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

如下圖所示，流體壓力可以通過(guò)接觸來(lái)停止。

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

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