橡膠密封墊的案例
Abaqus在橡膠密封墊設計中的工程化應用
結果顯示橡膠密封墊產生了較大的應力和應變，會造成橡膠的應力松弛和蠕變，結構失效，失去原有的密封能力。
3. 優化方案分析
3.1 優化方案的提出
根據以上分析結果，由于橡膠密封墊、缸蓋和缸蓋罩的結構形式和材料已經不能更改，提出更改設計公差達到改變橡膠密封墊壓縮距離的優化方案，更改后截面詳細尺寸見表3，可得壓縮距離變為2.4-2.8mm。
3.2優化方案的分析與評估
針對優化方案，需要同時評估橡膠密封墊的密封能力和橡膠是否失效。因此，綜合橡膠密封墊最大/最小壓縮距離和橡膠最大/最小硬度，共計四種組合進行有限元分析，分析方法不變。
優化方案的密封壓力結果見圖8。對于兩種截面，在四種組合情況下，橡膠密封墊與缸蓋罩、缸蓋的接觸壓力均大于1Mpa。在無介質壓力的情況下，能保證很好的密封效果。
Mises應力結果見圖9，應變結果見圖10。可見優化方案中，橡膠密封墊的應力和應變顯著下降，產生應力松弛和蠕變的危險較小。
按照優化方案，修改工藝參數生產樣件并進行了試驗，該發動機缸蓋罩橡膠密封墊未出現壓破碎問題，密封性能也得到了保障。
4. 結束語
使用Abaqus軟件進行橡膠密封墊的二維有限元分析可以較準確地預測橡膠密封墊的接觸壓力、應力和應變的分布情況和數值，驗證橡膠密封墊性能，并且可以根據分析結果對橡膠密封墊進行結構優化設計，節省試驗費用，縮短開發周期。
由于橡膠失效機理較復雜，本文僅通過應力和應變的大小進行定性評估，后期有待深入探索。
（引用ABAQUS2014用戶論文集）
文章來源：有限元在線
展開 板式換熱器優化設計方法
2.3橡膠密封墊材質及安裝方式
① 材質的選擇
水一水換熱器中，冷熱介質對橡膠密封墊均無腐蝕性。選用橡膠密封墊材質的關鍵是耐溫和密封性能，橡膠密封墊材質可按文獻選用。
② 安裝方式的選擇
橡膠密封墊常用安裝方式為粘接式、卡扣式。粘接式是在換熱器組裝時，將橡膠密封墊用膠水粘接在板片密封槽內。卡扣式是在換熱器組裝時，利用橡膠密封墊和板片邊緣的卡扣結構，將橡膠密封墊固定在板片密封槽內。由于卡扣式安裝工作量很小，換熱器拆卸時橡膠密封墊損壞率低，而且不存在膠水中可能含有的氯離子造成對板片的腐蝕，因此使用較多。
2.4合理選用板片材質
不銹鋼板片可能產生腐蝕失效的現象有點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、均勻腐蝕等，應力腐蝕的發生率較高。
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2.3橡膠密封墊材質及安裝方式
① 材質的選擇
水一水換熱器中，冷熱介質對橡膠密封墊均無腐蝕性。選用橡膠密封墊材質的關鍵是耐溫和密封性能，橡膠密封墊材質可按文獻選用。
② 安裝方式的選擇
橡膠密封墊常用安裝方式為粘接式、卡扣式。粘接式是在換熱器組裝時，將橡膠密封墊用膠水粘接在板片密封槽內。卡扣式是在換熱器組裝時，利用橡膠密封墊和板片邊緣的卡扣結構，將橡膠密封墊固定在板片密封槽內。由于卡扣式安裝工作量很小，換熱器拆卸時橡膠密封墊損壞率低，而且不存在膠水中可能含有的氯離子造成對板片的腐蝕，因此使用較多。
2.4合理選用板片材質
不銹鋼板片可能產生腐蝕失效的現象有點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕、晶間腐蝕、均勻腐蝕等，應力腐蝕的發生率較高。
展開 ABAQUS橡膠墊圈的超彈性及應力松弛行為的仿真教程
密封圈是一種常用的密封元器件，具有制造簡單、使用方便、成本低廉等特點，廣泛應用于石油化工、機械和宇航領域。由于橡膠材料具有超彈性能，當受到較大外載時，表現出高度非線性的特性，往往使得密封圈的精確仿真求解十分困難。
ABAQUS 是一套功能強大的工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復雜的非線性問題。ABAQUS 包括一個豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫。并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結構（應力/位移）問題，還可以模擬其他工程領域的許多問題，例如熱傳導、質量擴散、熱電耦合分析、聲學分析、巖土力學分析（流體滲透 / 應力耦合分析）及壓電介質分析。
橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應力大小來表示，其力學行為常用超彈性本構模型來描述，同時橡膠具有黏彈性特性，在長期受壓狀態下，會出現力學松弛現象。
本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應力松弛現象的功能，應力釋放模型采用應力釋放實驗數據，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學模型：
在軟件進行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應力場后再仿真應力釋放過程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設置場變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。
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基于流體壓力的橡膠圈密封有限元仿真分析方法--ANSYS Workbench有限元分析方法--橡膠密封方法
在工業生產中，密封件的作用舉足輕重，尤其是在需要承受流體壓力的場合。今天，我們就來一起探討一下如何利用ANSYS Workbench這一強大的有限元分析軟件，對典型的橡膠圈密封進行精確計算和分析。
一、模型介紹
我們構建的模型是一個圓柱形的軸對稱結構，通過取其截面進行模擬分析。這個模型由三部分組成：左側是固體部分，中間是橡膠圈，右側是剛性體。這種設計在很多工業設備中都能看到，其密封性能直接關系到設備的正常運行。
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側的剛性體會上移到指定位置，對橡膠圈進行壓縮。這一步是為了模擬實際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應密封槽的形狀。
結果如圖所示
接下來，我們在橡膠圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會擠壓橡膠與固體、剛性體之間的接觸面，試圖在縫隙位置撐開接觸面。此時，我們關注的是接觸面的壓力分布情況，以此來判斷橡膠圈是否能夠提供完好的密封。
流體壓力加載采用命令的方式如下所示
三、材料設置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關重要，它直接影響到密封件的密封性能和耐用性。在模擬中，我們根據實際情況選擇了合適的橡膠材料，并設定了相應的物理參數。
與此同時，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設定為摩擦接觸，摩擦系數設為0.1。為了更準確地模擬實際情況，我們還設置了每步更新剛度的選項，以確保模擬結果的準確性。
四、提高收斂性
在進行有限元分析時，有時會遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設置、網格劃分或求解器參數等原因導致的。
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雖然你在日常生活中可能看不到它們，但橡膠靴密封條在許多工業應用中被用來保護兩體之間的柔性接合處。在汽車行業中，橡膠套封條覆蓋傳動軸上的恒速接頭，以保護其免受外部損害。這是一個完美的模擬示例，用牛頓-拉夫森方法來展示幾何形狀、材料和接觸非線性。
橡膠靴形密封件在許多工業應用中用于保護柔性接頭
在兩個物體之間。在汽車行業中，橡膠防塵罩密封件持續覆蓋著
驅動軸上的速度接頭，用于保護其免受外部因素（如灰塵）的影響，潮濕、泥濘等環境。
這些橡膠靴的設計旨在適應這些環境關節的最大可能擺動角度，以及補償軸長變化。這個橡膠靴密封件的例子展示了幾何非線性（大應變）以及大變形）、非線性材料行為（橡膠）和狀態變化
非線性（接觸）
展開 【行業知識】閥門密封墊該如何安裝？
密封墊片是機械、設備等經常用得到的密封備件，是起密封作用的材料。從這個定義，我們不難知道密封墊片有多重要了，所以密封墊片如何安裝也就值得我們去重視了。正確的安裝才能保證密封性能，使設備運行順利，反之則會損害密封墊片。接下來，我們具體來看下應該怎么做。
墊片的正確安裝，應在法蘭連接結構或螺紋連接結構、靜密封面和墊片經檢查無疑，其他閥件完好無損的情況下進行。
1、裝墊片前，密封面、墊片、螺紋及螺栓螺母旋轉部位涂上一層石墨粉或石墨粉用機油（或水）調合的泣滑劑，墊片、石墨應保持干凈。
2、墊片安裝在密封面上要逢中、正確，不能偏斜，不能伸入閥腔或擱置臺肩上。
3、安裝墊片只允許裝一片，不允許在密封面間裝兩片或多片來消除兩密封面間的間隙不足。
4、橢圓墊片的密閉應使墊片內外圈相接觸，墊片兩端面不得與槽底相接觸。
5、O形圈的安裝，除圈和槽應符合設計要求外，壓縮量要適當，在保證密封的前提下，壓縮變形率越小越好，可以延長O形圈的壽命。
6、墊片在上蓋前，閥門應處于開啟的位置，以免影響安裝和損壞閥件。蓋時要對準位置，不得用推拉的辦法與墊片接觸，以免墊片發生位移和擦傷。
7、螺栓連接或螺紋連接的墊片的安裝，應使墊片處在水平位置上（螺紋連接的墊片蓋，有扳手位置的不得用管子鉗）。
8、墊片壓緊前，應對壓力、溫度、介質的性質、墊片材料特性了解清楚，確定預緊力。預緊力應保證在試壓不漏的情況下，盡量減小。
9、墊片上緊后，應保證連接件有預緊的間隙，以備墊片泄漏時有預緊的余地。
展開 法蘭墊片密封原理及泄漏形式
因而，對于墊片密封來說，泄漏總是不可避免的。當介質以一定的壓力通過螺栓-法蘭連接時，總會在密封點處出現泄漏。分析這種現象可以發現，泄漏是以兩種形式出現的，即“界面泄漏”和“滲透泄漏”，如圖2所示。
1.界面泄漏
墊片壓緊應力不足，法蘭密封面粗糙，管道的熱變形、機械變形以及振動等都會造成墊片與法蘭密封面之間貼合不嚴而發生泄漏。此外，法蘭接頭在操作工況下由于溫度、壓力的作用，螺栓變形伸長，墊片蠕變松弛、回彈能力下降，墊片材料老化、變質等也會造成法蘭與法蘭密封面之間的泄漏。這種發生在墊片與法蘭密封面之間的泄漏稱為“界面泄漏”。
2.滲透泄漏
非金屬墊片通常由植物纖維、動物纖維、礦物纖維或化學纖維與橡膠黏結壓制而成，或由柔性石墨等多孔材料制作而成。由于其組織疏松，致密性差，纖維與纖維之間存在無數微小間隙，因此很容易被介質浸透，特別是在壓力作用下，介質會通過材料內部的孔隙滲透出來。這種發生在墊片材料內部的泄漏稱為“滲透泄漏”。
圖2 “界面泄漏”與“滲透泄漏”
展開 橡膠的密封性計算
工程實例-O型橡膠密封裝置的壓力滲透有限元分析
1-材料參數
活塞和缸套的材料為結構鋼， 0型密封圈的材料為橡膠，材料模型參數如下：Neo-
Hookean模型，Mu=20E6Pa，
D1=0.015.
2-邊界條件
完全固定約束缸套的底邊和側邊，在活塞頂面上施加向下的位移0.007m，然后第二個載荷步施加流體穿透壓力20MPa。
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模擬一款彈簧密封件密封過程
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橡膠護套密封的非線性分析
1.1. 介紹
橡膠護套密封在許多工業應用中用于保護兩個閥體之間的柔性接頭。在汽車工業中，橡膠護套密封覆蓋在驅動軸上的恒速接頭，以保護它們免受外部元素(灰塵、濕度、泥漿等)的影響。這些橡膠護套的設計用于調整關節的最大可能擺動角度，并補償軸長度的變化。
這個橡膠護套密封的例子展示了幾何非線性(大應變和大變形)、非線性材料行為(橡膠)和變化狀態非線性(接觸)。這個例子的目的是展示surface-projection-based接觸方法的優點和確定位移行為的橡膠護套密封，壓力的結果和接觸點的位置的外表面和內表面軸運動期間啟動。
Surface-projection-based 接觸可以通過為接觸區域設置KEYOPT(4) = 3來定義基于表面投影的接觸。
此選項強制接觸約束在接觸和目標表面的重疊區域，而不是在單個接觸節點或高斯點上。在重疊區域上平均計算接觸穿透/間隙。
2.1. 問題描述
在此分析中考慮了半對稱橡膠護套密封。定義了三個接觸對。一種是橡膠套與圓柱軸之間的剛柔接觸，其余兩種是橡膠護套內外表面的自接觸副。
該問題通過三個加載步驟得到解決：
1. 圓柱和橡膠護套間的初始接觸
2. 圓柱的垂直位移(橡膠護套內軸向壓縮)
3. 圓柱的轉動(橡膠護套彎曲)
3.1. 材料模型
橡膠套由橡膠材料制成，在大應變下表現出彈性響應。因此，對于在下面的表格和Workbench截圖中列出的橡膠材料，使用Neo-Hookean模型，這是一種不可壓縮超彈性材料模型。
3.2. 建模
利用結構的對稱性，只建模了橡膠護套的一半。對于橡膠護套，采用超彈性材料模型。軸被設置為剛體。
3.2.1.
展開 基于ABAQUS的橡膠密封圈大變形仿真分析
1背景及意義
橡膠密封圈廣泛應用于密封結構中，諸如金屬管道連接處的密封、混凝土框架橫梁之間的潤滑密封等。橡膠圈的材料選取、形狀的設計及受力大小對其密封性能有很大的影響，然而在實際壓縮試驗過程中很難觀測到其受力變形的瞬態大變形行為。通過ABAQUS有限元分析可以得到橡膠圈的受力變形過程，對產品的設計及優化具有較大的幫助，也有利于縮短研發周期，降低經濟成本。
2模型建立
模型采用常用的橡膠材料與模具裝配模型，如圖1所示。整個建模過程與后續的有限元分析中均采用統一的mm單位制。
圖1 模型基本尺寸
3有限元分析
本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平臺上全程進行的。運用Standard/Explicit分析模塊，之后進入Part模塊創建上述分析模型。建立的有限元模型如圖2所示。模型中主要涉及兩種材料模型，橡膠本構已經很成熟了，選用超彈性Mooney-Rivlin本構，模具使用鋼鐵本構，輸入基本的物理參數即可。橡膠圈及鋼鐵本構參數分別如圖3、4所示。之后定義接觸及邊界條件完成有限元模型的前處理操作。
圖2有限元模型
圖3橡膠圈本構參數
圖4模具本構參數
4結果與討論
模型的后處理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模塊，模型求解完成后對云圖只顯示材料填充區域云圖，此時，橡膠材料就從一開始的圓形被壓縮成類似于矩形的形狀，如圖5所示。
圖5應力云圖
5結論
本案例針對橡膠圈進行了一個簡單的大變形分析，從應力云圖來看，仿真結果很好模擬了橡膠圈在壓縮時候的大變形行為，后續可以單獨提取最大變形處的應力應變曲線等，對產品的設計有一定的參考意義。
展開 ANSYS workbench 橡膠密封圈分析案例 ￥10
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈接觸分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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ABAQUS案例 | O型橡膠密封環受壓
本案例是O型密封圈受流體壓力作用
問題描述
受流體壓力作用；結構形態分布如下圖所示，密封圈以橡膠建模，其余以解析剛體建模。
材料信息
Rubber；Mooney-Rivlin；c10：3.6MPa；C01：3.87MPa；D：0.001；
工作目錄
選擇
File > Set Work Directory
設定工作目錄
幾何模組
自行建模并分割橡膠圈如下，注意建參考點“RP”
屬性模組
只給橡膠賦予材料
裝配模組
分析步模組
分析程序會選擇使用
Static, General
。共包含三個分析步，
第一個分析步：求解干涉；第二個分析步：外殼上移；第三個分析步：施加壓力。
開啟幾何非線性。增量類型設置為Fixed，增量大小為0.01。
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