O形圈及组合密封结构的密封性能数值研究

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密封装置是液压传动与控制系统中的一个非常重要的组成部分,O形圈及组合密封结构由于结构简单,拆装方便等原因而被广泛应用。国家标准GB3452.1-92以及GB1235-76为O形圈的选型以及密封结构的设计提出了推荐参考值,但是密封失效引起的泄漏事故时有发生,所以针对密封结构的数值研究用以合理优化密封结构显得尤为重要。评定橡胶密封件密封性能的参数主要有Von Mises应力和接触应力,本文通过分析O形圈及组合密封结构内部的应力分布,对密封结构的优化进行了深入研究。  通过介绍橡胶密封装置研究的背景和意义,阐述了O形圈组合密封结构的密封原理与O形圈在密封结构中的典型失效形式。根据国内外关于橡胶密封件的研究现状和存在的问题,引出O形圈及其组合形式密封结构相关研究的重要性。  结合橡胶材料三重非线性的特殊性,在ABAQUS软件中利用Mooney-Rivlin二参数本构方程来描述橡胶材料。详细陈述了在ABAQUS软件中O形圈密封结构有限元仿真模型的建立过程,并且在O形圈密封结构参数化研究的基础上,利用Python语言绕过ABAQUS/CAE界面,直接控制软件内核,通过脚本程序进行有限元仿真模型的建立。研究了O形圈密封结构关键参数对其密封性能的影响,主要从以下三个方面出发:密封件选型过程中的关键参数;密封结构设计过程中的关键参数;密封过程中工况参数的影响。利用有限元分析软件ABAQUS对非理想形貌O形圈在不同密封间隙和介质压力的内部应力分布情况进行了分析研究,得出的应力分布与理想形貌O形圈的情况进行了对比,得出了各种不同形貌的非理想形貌O形圈与理想形貌O形圈密封性能之间的差距,对O形圈的设计制造、评价以及使用具有一定的指导意义。对两种典型的O形圈组合形式的密封结构进行了有限元仿真分析,并对比带挡圈与无挡圈的两种密封结构,用数值计算的方法证明了聚四氟乙烯材料的挡圈在组合密封结构中所起的作用。  本文基于ABAQUS对O形圈及组合密封结构进行了数值分析,在进行密封结构关键参数的研究过程中需要在不同参数下进行大量的建模以观察其参数对密封性能的影响,提出利用Python语言绕过软件界面,直接控制软件内核,通过脚本程序进行有限元仿真模型的建立。不仅节省了大量了时间,而且避免了重复工作中容易出现的错误。对O形圈及组合密封结构在选型以及数值分析的研究中具有一定的指导意义。
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