摘要：橡膠密封圈在現(xiàn)代工業(yè)密封結(jié)構(gòu)中占有重要地位。密封件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)直接影響到整個密封系統(tǒng)的工作，如果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，則在工作過程中就容易引起失效，即使是一個很不起眼的密封圈原件的損壞失效，也可以造成價值數(shù)百萬元甚至數(shù)億元的巨大損失，有時還可能造成不可挽回的環(huán)境污染和人員傷害等災(zāi)難性后果。

比如1971年，蘇聯(lián)聯(lián)盟11號飛船按程序啟動制動火箭，再返入大氣層時，返回艙和軌道艙分離。但連接兩艙的分離插頭分離后，返回艙的壓力閥門被震開，密封性能被破壞，艙內(nèi)壓強(qiáng)迅速減小，致使3名宇航員慘死在密封艙中；再如1986年1月28號，美國“挑戰(zhàn)者”號在執(zhí)行代號STS-51-L的第十次太空任務(wù)時，因?yàn)橛覀?cè)固態(tài)火箭助推器上面的一個僅僅價值數(shù)美元的O形密封圈失效，導(dǎo)致一連串的連鎖反應(yīng)，并且在升空后73秒時，爆炸解體墜毀，機(jī)上7名宇航員都在該次意外中罹難，直接經(jīng)濟(jì)損失多達(dá)12億美元；又如我國火箭也曾因密封泄漏故障造成衛(wèi)星不能準(zhǔn)確入軌。

本文就以O(shè)形密封圈為例帶你學(xué)習(xí)橡膠制品仿真分析：

1、模型描述：

如圖1所示，簡易的管道連接示意圖，右圖為左圖的刨面圖。這樣我們可以清晰的到藍(lán)色部分為壓頭，金屬材質(zhì)；灰色部分為密封槽，金屬材質(zhì)；綠色部分為O形密封圈，橡膠材質(zhì)。

圖1 簡易的管道連接示意圖及其刨面圖

2、模型簡化

考慮到金屬材質(zhì)相對于橡膠材質(zhì)要硬度要高很多，一般金屬的楊氏模量為GPa級別，而橡膠的等效楊氏模量一般為MPa級別，所以相對于橡膠而言，金屬部分可以近似看作剛性部件，另外，針對本次仿真的目的而言，我們不關(guān)心金屬部分的受力或者形變，綜上原因，在有限元建模時可以將金屬部分設(shè)置為解析剛體。如圖2所示

圖2、有限元分析模型

ABAQUS軟件仿真過程

●Part模塊

打開ABAQUS軟件，在其Part模塊選擇Create Part，自動進(jìn)入草圖模塊依據(jù)圖3所示尺寸分別創(chuàng)建橡膠、壓頭和密封槽三個部件。

圖3、模型尺寸示意圖

●Property 模塊

由于兩個金屬部件被創(chuàng)建為解析剛體，其不用附加屬性。橡膠部分為可變形體，我們賦予它超彈性屬性，具體設(shè)置如圖4所示

圖4、橡膠屬性設(shè)置示意圖

●Assembly模塊：默認(rèn)即可。

●Step模塊

選擇通用分析步，打開幾何大變形開關(guān)（如圖5所示）。

圖5、分析步設(shè)置

●Interaction模塊

接觸類型為通用面接觸，接觸屬性為切向摩擦，摩擦系數(shù)為0.01，具體設(shè)置如圖6所示。

圖6、相互作用屬性設(shè)置示意圖

●Load模塊

密封槽參考點(diǎn)設(shè)置全約束，壓頭參考點(diǎn)僅放開Y向自由度，設(shè)置位移加載3.9mm,其余自由度完全約束。設(shè)置完成后模型如圖7所示

圖7、加載設(shè)置示意圖

●Mesh模塊

此部分僅需要針對橡膠繪制網(wǎng)格，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為0.1，網(wǎng)格類型選擇四邊形，繪制網(wǎng)格，網(wǎng)格屬性為CAXRH,具體參數(shù)如圖8所示

圖8、網(wǎng)格相關(guān)參數(shù)設(shè)置示意圖

●Optimization模塊

優(yōu)化模塊，直接跳過

●Job模塊

到這里你就完成了所有的分析計(jì)算的準(zhǔn)備工作，這個模塊里你需要設(shè)置一個新的計(jì)算任務(wù)，讓ABAQUS軟件知道你需要它針對你設(shè)置的模型進(jìn)行分析計(jì)算，需要注意的是我們可以根據(jù)自己計(jì)算機(jī)的性能參數(shù)開啟多核心并行計(jì)算或者GPU加速計(jì)算。具體設(shè)置可參考圖9所示

圖9、多核心并行計(jì)算設(shè)置示意圖

●?Visualization模塊

待計(jì)算完成后可以直接點(diǎn)擊任務(wù)管理器中的Results直接進(jìn)入Visualization模塊（如圖10所示 ），在這里就可以查看密封圈的應(yīng)力、應(yīng)變等云圖信息，也可以針對ABAQUS軟件計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行簡單的二次處理

圖10、任務(wù)管理器

●下面是一些云圖展示

文章來源：仿真知識講堂