ABAQUS橡膠密封的案例
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?？梢妰灮桨钢?，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 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。
展開 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。
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 
致宇航員慘死的“O形密封圈”！ABAQUS橡膠制品仿真分析怎么做
摘要：橡膠密封圈在現代工業密封結構中占有重要地位。密封件結構的設計直接影響到整個密封系統的工作，如果結構設計不合理，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，也可以造成價值數百萬元甚至數億元的巨大損失，有時還可能造成不可挽回的環境污染和人員傷害等災難性后果。
比如1971年，蘇聯聯盟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，艙內壓強迅速減小，致使3名宇航員慘死在密封艙中；再如1986年1月28號，美國“挑戰者”號在執行代號STS-51-L的第十次太空任務時，因為右側固態火箭助推器上面的一個僅僅價值數美元的O形密封圈失效，導致一連串的連鎖反應，并且在升空后73秒時，爆炸解體墜毀，機上7名宇航員都在該次意外中罹難，直接經濟損失多達12億美元；又如我國火箭也曾因密封泄漏故障造成衛星不能準確入軌。
本文就以O形密封圈為例帶你學習橡膠制品仿真分析：
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色部分為壓頭，金屬材質；灰色部分為密封槽，金屬材質；綠色部分為O形密封圈，橡膠材質。
圖1 簡易的管道連接示意圖及其刨面圖
2、模型簡化
考慮到金屬材質相對于橡膠材質要硬度要高很多，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置為解析剛體。
展開 橡膠密封圈應變分析案例，想了解橡膠產品有限元分析的一定要看！
橡膠密封圈是一種最常見的密封件，它以其獨特的結構和性能優勢被廣泛應用于許多機械設備中，它可用于靜密封和往復運動的動密封。
密封圈在使用過程中是依靠橡膠本身的彈性來預先壓縮，給予密封表面一定的接觸，形成在接觸表面上的接觸壓力使其達到密封。密封圈在溝槽內的接觸變形和密封界面上的接觸應力分布是影響其密封性能的重要參數。
橡膠密封圈性能是否可靠，在有限元分析中，判斷其最大等效應力是否小于材料屈服應力即可。采用Hypermesh、Abaqus軟件進行前處理和分析計算，結果一目了然。
MISES應力分析
密封圈的最大MISES應力2.255MPa
沿壓制方向，密封圈變形5mm
密封圈最大彈性主拉應變：36.26%
密封圈最大彈性主壓應變：43.28%
密封圈X方向最大彈性應變：34.69%
密封圈Y方向最大彈性應變：8.1%
密封圈Z方向最大彈性應變：34.69%
通過CAE仿真分析橡膠密封圈的應力變形，表明橡膠密封圈的變形量在安全范圍內，同時為進一步改進結構設計提供了理論依據，在提高零配件產品可靠性、降低產品的損壞率、壓縮成本方面起到了顯著的作用。
展開 橡膠護套密封的非線性分析 ￥15
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 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。
橡膠件的密封裝配 ￥9999999
模擬一款彈簧密封件密封過程
橡膠靴密封非線性仿真 ￥5
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 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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設計仿真 | 直播預告-Marc在橡膠密封領域的應用
Marc作為一款功能強大的高級非線性有限元分析軟件，在橡膠密封領域得到廣泛的應用，其具有豐富的橡膠超彈材料本構模型，對橡膠仿真中的高摩擦、大滑移、接觸、分離、穿透的接觸探測迭代等難點保持高的求解精度、良好的收斂性和高速的求解效率。
本期?？怂箍抵辈ブv堂請到了CAE 結構仿真專家宋金松講師為大家帶來Marc在橡膠密封領域的應用，從理論、材料實驗、本構參數擬合進行系統說明，對橡塑密封材料結構的仿真過程以及橡塑仿真案例進行介紹，并通過簡單的案例操作對橡膠密封常規仿真過程進行演示，趕快報名吧！
橡膠尼龍金屬混合密封特性分析
橡膠尼龍金屬混合密封特性分析
關于橡膠密封有限元的隨想（結構，無流體）
橡膠密封的難點：
1、材料；2、接觸；3、大變形；4、網格的質量
如何解決：
1：材料
對于材料，我發現網上關于橡膠有限元仿真參數的論文，絕大部分都是以mooney-rivlin等擬合參數代入的，如果是恒溫或者只要求結構計算的話，沒有問題，但如果涉及到溫度變化，精度就會和實際相差較多。
如果有實驗數據的橡膠參數就盡量用實驗數據吧，如果沒有，就只能這樣將就著。
2：接觸
我推薦abaqus和hypermesh兩個軟件，ansys也不是不行，但ansys的收斂性穩定性設置和操作對初學者很不友好。abaqus的收斂操作比較容易上手，找到的例子也比較多，可以進行參考。hypermesh是對前處理的操作，網格質量如果做好，那么再導入到abaqus進行后處理計算將會省去很多因網格而導致的收斂問題（全部高質量的六面體最好）。
3，4有時間再寫
其他資料，有時間再分享
展開 滲透壓workbench GUI設置，及一些橡膠密封的注意事項 ￥1.9
ANSYS Update -滲透壓workbench中GUI設置，及一些橡膠密封的注意事項
!學習重點：
2024R2之前，Fluid-Pressure-Penetration都需要用APDL進行設置，方法見此鏈接
https://www.yqgqt.org.cn/post/1196709 （包含橡膠材料模型的處理，滲透壓原理，相關APDL代碼等）
現在可以用GUI設置了
!1、 Fluid-Pressure-Penetration GUI設置
注意：接觸要設置為對稱或非對稱接觸
在后處理的contact tool里查看fluid pressure
!2、 密封材料的分析重點
1. 考慮裝配尺寸的公差；
最小的密封件+最大的間隙 -》評估接觸壓力，是否能密封良好；最大的密封件+最小的間隙 -》 評估橡膠主應變，是否發生破損。
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