橡膠圈的案例
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
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。為了解決這個問題，提高收斂從下面來幾方面考慮
1.可以為模型嘗試添加keyopt,matid,6,1等參數來提高收斂性。
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 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 基于SOLIDWORKS Simulation的O型橡膠密封圈有限元模擬
O型橡膠密封圈因為價格便宜，制造簡單，功能可靠，并且安裝要求簡單，O形環是在機械設計中最常見的密封件。有限元模擬手段可以對O型橡膠密封圈的工況響應做出正確的描述，為設計工程師針對O型橡膠密封圈的選擇與密封性能是否達標提供理論依據。
一、問題描述
如圖1所示，部件的剖面為部件裝配的最終狀態，支柱零件的高度與黑色樹脂件的自然高度一致，螺栓使鈑金板與支柱零件連接，鈑金板零件的卡位壓緊黑色樹脂件，樹脂件壓緊O型橡膠密封圈。關注問題：（1）O型橡膠密封圈壓縮狀態的接觸壓力；（2）鈑金板在橡膠圈的壓縮狀態，受力的形變量。
圖1
二、模型簡化處理
有限元分析模擬就是將實際的工況問題用適當的模型描述。幾何體模型與分析軟件設置屬性、邊界條件一起用有限的單元網格來離散，構建出一個數值計算模型。從實際分析的問題到一個合適、準確的數值計算模型，就是模型的前處理。
圖2
因為涉及到橡膠材料的接觸變形，這是材料非線性、接觸、大形變的非線性分析類型問題。其次螺母的鎖緊過程是緩慢的，可以定性為靜態分析問題。如果直接運用靜態非線性那么計算規模會很大。根據關注問題需要，可以設置兩個算例，一個靜態非線性分析得到密封圈接觸壓力、反作用力，如圖3所示。一個靜態線性算例分析鈑金的變形。根據分析關注信息與分析類型判斷選擇最終模型簡化如圖4所示。
圖3
圖4
三、分析設定
1.靜態非線性分析
因為材料屬性，結構的特點，工況狀態360°圓周對稱。
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ANSYS workbench 橡膠密封圈非線性靜力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習橡膠密封圈的三維模型處理
2、學習橡膠密封圈非線性接觸相關的接觸設置
3、學習非線性靜力學分析步的建立
4、學習橡膠密封圈非線性靜力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 橡膠密封圈非線性靜力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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展開 橡膠o型圈分析
求橡膠圈的穆尼參數
『轉貼』橡膠O型圈阻尼器在高速旋轉臺上的應用研究
作者：宣海軍，洪偉榮(浙江大學化工機械研究所，浙江 杭州 310027)
摘要:為驗證橡膠O型圈阻尼器(EORD)的減振有效性，在高速旋轉試驗臺上研究EORD支承高速柔性懸臂轉子系統的不平衡響應。試驗轉子從0逐漸加速到24 000 r/min，然后切斷電源自然降速。記錄轉子升降速過程中的轉速和振動信號。建立基于Timoshenko連續梁理論的轉子有限單元分析模型，求解模態轉速、模態振型和不平衡響應，用Kelvin-Voigt粘彈性線性模型表示橡膠O型圈的動態特性，試驗和理論計算結果比較表明，不平衡響應試驗值和理論值一致，轉子越過一階臨界轉速并升速到2倍臨界轉速以上穩定運行。EORD能有效抑制高速轉子的不平衡響應，提高轉子系統的穩定性。作為一種低成本潔凈的阻尼組件，EORD具有優良的阻尼減振性能。
關鍵詞:橡膠O型圈阻尼器;轉子動力學;有限單元模型;不平衡響應
點評:
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。
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O型橡膠密封圈怎樣高效研磨拋光去除合模線、飛邊、毛刺？
在這個案例中，我們來討論一個橡膠密封圈去合模線、飛邊、毛刺的拋光工藝。這種O型密封圈的材質有硅膠、ABS、丁晴膠、氟膠、鐵氟龍、橡膠等，拋光工藝是差不多的。
1. O型密封圈拋光前帶合模線及飛邊毛刺的狀態
材質：
橡膠
外觀：
表面有合模線及飛邊，呈黑色。
外形：
O形，直徑大小不等，
另外也有帶棱形的圈。
尺寸：
Φ300*4mm。
拋光前工序：
注塑。
拋光后工序：
干燥包裝。
2. 研磨拋光需求：
表面光滑，無合模線。
去除表層飛邊、毛刺。
減少表面粗糙度，增加光澤度，提高光亮度。
3.
展開 接觸分析中的橡膠圈密封分析實例附帶TXT
教學視頻，接觸分析主要采用接觸向導進行
過盈裝配分析.txt
密封圈分析命令流.txt
橡膠密封圈分析.zip
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 
對市政管道施工技術的論述
管道敷設前要將承口內表和插口外表的油污、雜物清除干凈；將檢驗合格的丁基橡膠密封圈套入管節的插口槽內，環形的滑動部分內表面均布硅油薄層，在管節承口端面預先用氯丁膠水粘結四塊多層膠合板組成的襯墊，其厚度為12cm，按間隔 90°均勻分布；將一只管節鑿成二個半節管子，帶承口的半節管子排在窨井的進水方向，帶插口的半節管子排在窨井的出水方向，當窨井底板與管道深度不一致時，需對受擾動的土基用 C20 砼和礫石砂填實，窨井底板離承口的管端或尾部距離大于 250mm 時，要加設管枕及墊板。管節合擾時，采用懸吊方式進行。管節承插就位后，放松吊索和其它緊管工具，然后檢查管節的高程和中心線、承口與插口之間的間隙量等是否符合要求，否則，要返工重排。
2.5 管道接口
在管道鋪設前要對管節的承口和插口以及橡膠圈的尺寸、規格、光潔度、物理力學性能做詳細檢查，以符合設計規定的要求。φ2200、φ2400 的鋼筋砼企口管采用“q”型橡膠圈接口，屬柔性接口。橡膠密封圈選用高度為 24#，展開長度 φ2200 為 6590mm、φ2400為 7155mm，允許偏差為±10mm，其它尺寸允許偏差為＜6%。在環形的滑動部分內表面注有硅油薄層，空隙要貫通。橡膠圈要保持清潔、無油污，不得在陽光下直曬，不能與油類接觸。接縫施工時，溝管端部必須清洗干凈，澆水濕潤。φ2000 玻璃鋼夾砂管采用雙“O”型橡膠圈接口。接口操作如下：
（1）管道在放入溝槽之前，須先清理承口內側及插口部的灰塵、砂子、水泥或其它固體附著物；
（2）將管子置于溝槽內，管子連接前，在承插部位的底部挖一個坑，使承口與插口懸空，便于操作；
（3）用布再次將管子的連接部位擦凈，同時，用一種中性潤滑劑均勻地涂在承口的內壁。再次清理插口端的凹槽，取橡膠密封圈，檢查確認為完好后，涂上潤滑油。
展開 Ansys Workbench工程應用之——結構非線性（下）：狀態非線性（4）過盈配合
活塞半徑為50厚度26，外圓柱面有一梯形卡槽，卡槽根部半徑46，用于裝配直接為6mm的橡膠密封圈，密封圈的模型初始與活塞有0.5mm干涉，氣缸與活塞之間有0.5mm間隙，其余尺寸不重要，讀者自行斟酌。
Step2 材料。
進入工程數據庫，創建新材料“橡膠”，采用超彈性的Neo-Hookean本構，Mu=20MPa，不可壓縮參數為0.015/MPa。
Step3 接觸與網格設置。
分析類型：在WB主界面，設置模型屬性為2D，進入Mechanical，設置模型2D行為為軸對稱。進入mechanical對三個面體分別命名為“活塞”、“密封圈”、“氣缸”，給密封圈賦予剛才設置的材料“橡膠”，其余默認結構鋼。
設置網格：全局網格設置為2mm，對橡膠圈添加局部網格控制尺寸為1mm。
設置接觸：刪除程序自動生成的接觸，手動添加接觸，分別是橡膠圈與活塞凹槽兩個邊的摩擦接觸，以及橡膠圈與氣缸3個邊（斜邊、左豎邊、圓角）的摩擦接觸，橡膠均為接觸體，摩擦系數均為0.2，行為均為不對稱，算法均為法向拉格朗日。由于密封圈與活塞之間有初始幾何穿透，所以將界面處理設置為“添加偏移，斜坡效果”，偏移=0，此處設置斜坡加載是為了在過盈計算中更易收斂。
計算初始接觸，如下圖，過盈量識別正確，且間隙與穿透都在各自彈球半徑內。
Step4 邊界條件。
本計算包括過盈與擠壓兩種計算，所以將載荷步分為2步，第一步用于計算橡膠圈過盈，第二步用于計算橡膠圈與氣缸、活塞之間的擠壓。
由于有超彈性材料的大變形，以及氣缸的大位移，所以打開大變形選項。
由于有摩擦力，所以使用非對稱牛頓法促進收斂。
其余設置如下。
對活塞施加遠程約束，約束點為（0，0），約束所有方向的移動與轉到，允許變形（柔性）。
展開 機械密封的失效分析
8．密封環的機械變形與熱變形（見圖八）
9．橡膠O型圈的擠出損壞（圖九）由于壓力作用及介質的侵蝕，使O型橡膠圈變軟，而擠入小間隙中，又由于應力集中使密封圈出現斷裂或剝落。
10．橡膠O型圈永久變形（圖十）由于高溫、壓縮率過大或過載等使橡膠O型圈變成方形。
11．橡膠O型圈溶漲（圖十一）由于橡膠與介質的不溶性，O型圈發生溶漲而變軟、發粘、起皮、破裂。
12．橡膠O型圈老化（圖十二）橡膠老化表現為變硬，通常是由于儲存期過長，接觸陽光、臭氧或是受熱老化變硬，因而失去彈性。
13. 橡膠O型圈表面產生裂紋（圖十三）橡膠O型圈長期處于拉伸狀態下，在空氣中放置時間過長，表面接觸油污，或受臭氧影響，都可產生表面龜裂。
14．橡膠O型圈擠裂啃傷（圖十四）由于座孔和軸端未倒角，或殘留毛刺，O型圈裝入時被啃傷劃破。
15．O型圈內周被磨損（圖十五）當軸表面粗糙，軸竄動，軸與密封件不垂直而偏斜、振動，支座偏歪時，補償環O型圈與軸間產生微量的相對運動而使橡膠O型圈磨損。
16．O型圈處被阻塞（圖十六）在密封介質的一側，由于固體物料比率高或纖維物料多，補償環作浮動調整時，固體物或雜質進入期間，產生阻塞，補償環不能作軸向滑移和浮動調整；在大氣一側，由于液膜蒸發、冷凝沉積、分離蒸餾，引起濃縮物的堆積、也能阻塞O型圈正常滑移和調整，從而使密封端面不能接觸而產生泄漏。
17．O型圈扭曲（圖十七）橡膠O型圈的扭曲現象大多發生在密封距形安裝槽的結構上，當O型圈的斷面粗細不勻，或組合軸孔表面不光潔以及壓縮率過大時，都會引起O型圈扭曲。
18．焊接波紋管破裂 這種現象大部分發生在波紋管兩端的內焊縫處。
展開 巧用千尋位置GNSS測繪軟件|靜態數據采集方法
b:儀器底部到相位中心 p.c的高度;c:儀器底部到橡膠圈的高度;R:機器橡膠圈的 半徑。當量取值為從地面點到主機的底部的垂直高度 a 時，為“桿高”量取方式。天線高度 h = a + b。當量取值為從地面點到相位中心時，為“直高”量取方式。天線高度 h = h。當量取值為從地面點到密封橡膠圈的斜高 s 時，為“斜高”量取方式。天線高度 h = sqrt(s2 - R2) - c + b(sqrt 是指開平方)。
測高片：固定在儀器底部的一個裝置，測量地面點到測高片邊緣的長度(即測高片斜高 S)，同時已知測高片的半徑是 Rc ,那么天線高度 h = sqrt(S2 - Rc2) + b。
天線高度：從天線的相位中心到測量點的垂直距離，由于沒法直接量取，因此 一般通過別的量取方式來推算。輸入量取高度選擇量取方式即可得到天線高度值。靜態站設置中各項參數設置完成后，點擊【應用】，即可修改接收機的工作模式為靜態模式。
高級配置
衛星系統:衛星系統設置中包含有五個衛星系統，分別為“GPS”,“GLONASS”, “BEIDOU”, “Galileo”、“SBAS”系統，其中 Galileo 衛星要根據連接的儀器是否支持來顯示。 根據測量工作需要，可以自行選擇是否接收相應衛星系統的信號。
SBAS:廣域差分增強系統(星基增強系統)，由大量分布廣泛的差分站對導航衛星進 行檢測，并將獲得的原始數據發送至主控臺。然后由主控臺通過計算得到各衛星的各種定位 修正信息，并通過上行注入站發給 GEO衛星。最后由 GEO衛星將修正信息播發給廣大用 戶，有利于提高定位精度。靜態站設置中各項參數設置完成后，點擊【應用】，即可修改接收機的工作模式為靜態工作模式。
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