密封性能仿真的案例
modeFRONTIER增強(qiáng)Henniges汽車的密封性能
Henniges汽車用modeFRONTIER的優(yōu)化和穩(wěn)健性評(píng)價(jià)方法來改進(jìn)密封設(shè)計(jì)。
汽車密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì)近年來在材料和加工技術(shù)方面都出現(xiàn)了重大的技術(shù)進(jìn)步。產(chǎn)生的設(shè)計(jì)需要滿足多種規(guī)范，處理多種影響性能的因素，最重要的是，需要制造商和客戶的密切合作。
Henniges汽車，汽車的密封和減震解決方案的領(lǐng)導(dǎo)者，在美國(guó)北部、歐洲和中國(guó)都擁有技術(shù)中心，專門滿足相應(yīng)區(qū)域的要求。
挑戰(zhàn)
密封設(shè)計(jì)必須考慮到各種不同客戶的要求，如關(guān)門容易、易于安裝、安全部件的保持、玻璃運(yùn)動(dòng)容易以及其它更多的要求，還需要同時(shí)滿足短期和長(zhǎng)期密封性能。此外，工程師需要優(yōu)化的密封設(shè)計(jì)，以確保車輛鈑金變化，以及在橡膠生產(chǎn)過程中發(fā)生的材料和幾何形狀的變化都不會(huì)影響密封的性能。
多虧了modeFRONTIER，我們可以考慮大量的可能性，為我們的客戶提供一個(gè)令人印象深刻的結(jié)果。
Ken Ogilvie，Henniges汽車的CAE主管
解決方案
通過將MSC Marc和Altair Hypermesh成功整合在modeFRONTIER的工作流當(dāng)中，Henniges的汽車工程師們能夠自動(dòng)機(jī)型不同幾何構(gòu)型的密封性能仿真。在短短兩天內(nèi)，通過修改13個(gè)控制變量，包括長(zhǎng)度、厚度、角度和位置，可以對(duì)超過1600種設(shè)計(jì)配置進(jìn)行分析，
“多虧了modeFRONTIER，我們可以考慮大量的可能性，為我們的客戶提供一個(gè)令人印象深刻的結(jié)果”，CAE主管Ken Ogilvie說。更重要的是，modeFRONTIER為Henniges的汽車工程師提供了必要的工具，來對(duì)數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，找到更好更穩(wěn)定的解決方案。
MODEFRONTIER的優(yōu)勢(shì)
“由于在橡膠擠出成型過程中的變異性，很難準(zhǔn)確地指定零件的規(guī)格。因此，對(duì)于汽車密封設(shè)計(jì)穩(wěn)健性變得非常重要。
展開 主密封系統(tǒng)中帶彈簧金屬C形環(huán)的密封性能數(shù)值仿真 ￥1500
在一些主密封系統(tǒng)中，可以使用帶有彈簧的金屬C形環(huán)（也稱為彈性環(huán)）作為密封元件。這種密封元件由金屬材料制成，呈C形狀，具有一定的彈性。帶彈簧的金屬C形環(huán)適用于靜態(tài)密封或低速旋轉(zhuǎn)密封應(yīng)用。它們通常用于密封液體或氣體介質(zhì)，可以在高溫、高壓或有腐蝕性環(huán)境中使用。對(duì)于需要有一定彈性和壓縮能力的密封場(chǎng)景，金屬C形環(huán)可以提供較好的密封性能。金屬C形環(huán)的結(jié)構(gòu)使其能夠適應(yīng)不同的密封面形狀和尺寸。它們通常使用手工或機(jī)械方式壓縮并將其安裝在密封面之間。在安裝后，彈性環(huán)將產(chǎn)生一定的壓力，形成一個(gè)密封接觸面，以防止介質(zhì)泄漏。
本案例建立了一主密封系統(tǒng)帶彈簧的金屬C形環(huán)，為提高仿真效率，對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，取了模型的一部分進(jìn)行分析，數(shù)值仿真計(jì)算得到系統(tǒng)的密封過程，仿真結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
展開 異型密封圈計(jì)算泄漏量與參數(shù)化優(yōu)化過程仿真（帶仿真文件） ￥35
擋砂瓣尖端接觸間隙為0.000129 mm
仿真源文件見以下內(nèi)容
Fluent模擬聚氨酯材料對(duì)密封煤層的熱傳導(dǎo)性能 ￥20
1、 建立模型
建立4m*3m*0.1m的聚氨酯傳熱模型如下：
三維模型
其中：
1、模型整體寬4m，高3m，厚0.47m，其中聚氨酯厚0.1m，煤/封閉墻厚度為4m；
2、聚氨酯內(nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)位于聚氨酯形心，外表面溫度測(cè)點(diǎn)位于外側(cè)面中心；
3、煤/封閉墻的溫度測(cè)點(diǎn)位于聚氨酯接觸面中心向己側(cè)0.05m；
4、煤與聚氨酯接觸處增加溫度測(cè)點(diǎn)。
2、 網(wǎng)格劃分
在保證一定的計(jì)算精度和適當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間的前提下，對(duì)于單純的熔化/凝固傳熱模型，通過mesh對(duì)模型進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，面網(wǎng)格選用四邊形網(wǎng)格，最小網(wǎng)格尺度大小設(shè)置為 5mm，為保證聚氨酯與煤/封閉墻的接觸面處傳熱計(jì)算更準(zhǔn)確，需對(duì)接觸面處網(wǎng)格進(jìn)行加密處理，設(shè)置網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)間距增長(zhǎng)率為1.05，如下圖所示，由于模型結(jié)構(gòu)規(guī)整，為保證體網(wǎng)格質(zhì)量，體網(wǎng)格選用六面體結(jié)構(gòu)型網(wǎng)格，模型劃分完產(chǎn)生面網(wǎng)格132100，體網(wǎng)格3450000。
網(wǎng)格及內(nèi)部部分切面網(wǎng)格（六面體結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格）
對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行質(zhì)量檢查如下：
網(wǎng)格質(zhì)量檢查
經(jīng)過檢查，網(wǎng)格的縱橫比、翹曲度和最大最小角度都符合要求，網(wǎng)格質(zhì)量極好。
三、邊界設(shè)置
1、 煤/封閉墻外表面（裸露在空氣中）和底面設(shè)置為對(duì)流傳熱邊界，向外界環(huán)境散熱（convention wall），封閉墻外表面與空氣接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)20，底面與大地接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100；
2、 聚氨酯外表面溫度較高且與空氣直接接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100，底面與大地接觸，對(duì)流傳熱系數(shù)100；
3、 聚氨酯與煤/封閉墻的接觸面設(shè)置為傳熱耦合面；
4、 環(huán)境溫度設(shè)定為20℃。
5、 聚氨酯反應(yīng)生熱以內(nèi)熱源形式定義函數(shù)UDF如下：
展開 
串聯(lián)密封性能研究
運(yùn)用abaqus軟件仿真模擬了高壓作動(dòng)筒串聯(lián)往復(fù)密封性能研究，高低溫度場(chǎng)，并建立了串聯(lián)數(shù)值計(jì)算模型
迷宮密封設(shè)計(jì)與性能計(jì)算
目前DyRoBeS軸承-轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)軟件共含有8大模塊，分別是Rotor（轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模塊）、BePerf（徑向滑動(dòng)軸承性能模塊）、ThrustBrg（止推滑動(dòng)軸承性能模塊）、GearLoad（齒輪嚙合載荷模塊）、RotorBal（轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡模塊）、SpiralGF（先進(jìn)螺旋密封模塊）、LabySeal（迷宮密封模塊）、Carbon Ring Seal（石墨環(huán)密封模塊），如下表1及圖1所示。
表1 DyRoBeS軟件八大模塊匯總
圖1 DyRoBeS軟件模塊圖，紅色框?yàn)楸敬瓮莆闹攸c(diǎn)介紹的LabySeal模塊
小編將向大家展示這些模塊的強(qiáng)大功能！
LabySeal主要用于密封齒在轉(zhuǎn)子、定子或交叉情況下的建模和計(jì)算，得到在給定介質(zhì)下，不同溫度、不同壓力以及不同進(jìn)口渦流比下的密封剛度、阻尼和泄漏量等結(jié)果。
圖2 LabySeal模塊輸入?yún)?shù)
圖3 LabySeal輸入迷宮密封參數(shù)
圖4 LabySeal不同形式迷宮密封
以軟件自帶的Laby_Seal_Example_1為例：
圖5 迷宮密封結(jié)構(gòu)參數(shù)
圖6 輸入?yún)?shù)
可以得到如下結(jié)果輸出：
圖7 迷宮密封剛度阻尼及泄漏量計(jì)算結(jié)果
來源：DyRoBeS
展開 雙唇型油封的密封性能及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化
圖2 油封的有限元模型
Fig 2 Finite element model of oil seal
2 油封的靜態(tài)仿真結(jié)果及分析
在進(jìn)行油封的有限元分析時(shí)，邊界條件設(shè)置如下：
(1)將油封外側(cè)環(huán)形面完全固定，保證油封不會(huì)因其他原因產(chǎn)生位置變化。
(2)沿著油封的軸向施加適當(dāng)?shù)奈灰疲剐D(zhuǎn)軸與主唇接觸達(dá)到預(yù)工作狀態(tài)。
(3)在油封內(nèi)側(cè)，未與密封溝槽接觸的表面施加系統(tǒng)油壓p。
(4)將內(nèi)骨架與密封圈的橡膠表面綁定，如此就形成了良好的邊界約束。
2.1 主唇口的接觸壓力分析
油封密封性能的好壞主要取決于油封唇口與軸徑間油膜的厚度及接觸壓力的分布狀態(tài)。油封唇口的接觸壓力是油封主要密封性能指標(biāo)之一，根據(jù)唇口接觸壓力分布可初步判斷油封是否滿足密封要求。油封唇口接觸壓力的大小及分布還影響油膜的形成及存在狀態(tài)，即間接地影響著油封的密封性能和使用壽命。
通過對(duì)雙唇型和單唇型2種油封的有限元模擬仿真，得到主唇口的壓力變化曲線，如圖3所示。可見，所分析的2種油封在相同的工作條件下，其唇口接觸壓力分布形狀均滿足油封的密封要求。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強(qiáng)度測(cè)試誤差案例分析
根據(jù)裝車匹配的效果，可對(duì)密封條的三維模型進(jìn)行修正。
4.有限元分析（CAE）。通過CAE分析軟件，分析設(shè)計(jì)密封條的結(jié)構(gòu)和受力變形行為，通過計(jì)算機(jī)模擬密封條在裝車過程中所受的應(yīng)力和應(yīng)變分析，驗(yàn)證或優(yōu)化改進(jìn)密封條的結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)。
近年來CAE分析的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，利用相關(guān)軟件進(jìn)行擠出口模的流道設(shè)計(jì)和密封條的隔噪聲性能的分析工作已經(jīng)開始得到應(yīng)用。
5.原始（原型）樣件：根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)模，制造手工樣件并進(jìn)行裝車測(cè)試，根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整工裝或修改設(shè)計(jì)。
6.工裝樣件（OTS）：使用批產(chǎn)工裝制造樣件，供測(cè)試和整車廠認(rèn)可。
7.測(cè)試：除道路試驗(yàn)外，各種測(cè)試必須在向整車廠遞交工裝樣件之前完成。
汽車密封條性能指標(biāo)
密封條性能主要由與壽命相關(guān)的一些材料性能和與使用相關(guān)的功能性能組成。通常材料性能用教練性能表示，使用性能用成品性能表示。
膠料性能
由于密封條使用條件較苛刻，而材料性能決定了產(chǎn)品的使用壽命。特別是對(duì)氣候的要求極為苛刻，為保證密封條在這些條件下正常工作，所以通常教練的規(guī)格性能有如下項(xiàng)目：
硬度，拉伸強(qiáng)度，拉斷伸長(zhǎng)率
這些材料的基本性能要求，通常對(duì)其有供貨狀態(tài)和熱空氣二組性能要求。根據(jù)使用狀態(tài)，汽車的使用溫度范圍-40℃-70℃。熱空氣老化溫度一般選擇70℃。
壓縮永久變形
這是由于密封條是利用其材料的高彈性與以車身為主的耦合件之間產(chǎn)生接觸壓力來實(shí)現(xiàn)對(duì)介質(zhì)的密封條的。橡膠在壓縮狀態(tài)下回發(fā)生物理化學(xué)變化，當(dāng)壓縮消失后。
展開 汽車用橡膠密封條性能要求，及拉伸強(qiáng)度測(cè)試誤差案例分析
材料制樣、測(cè)試服務(wù)方案
國(guó)高材分析測(cè)試中心可依據(jù)GB、ISO、ASTM等測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，制備標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試樣條，通過高低溫萬能試驗(yàn)機(jī)、高速拉伸試驗(yàn)機(jī)、高速相機(jī)和霍普金森壓桿等設(shè)備，獲取材料仿真模擬所需的彈性模量、泊松比、應(yīng)力-應(yīng)變曲線等數(shù)據(jù)。
服務(wù)流程
了解客戶真實(shí)需求——設(shè)計(jì)制樣方案——制備試樣——交付試樣
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(yè)生產(chǎn)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(chǎng)合。今天，我們就來一起探討一下如何利用ANSYS Workbench這一強(qiáng)大的有限元分析軟件，對(duì)典型的橡膠圈密封進(jìn)行精確計(jì)算和分析。
一、模型介紹
我們構(gòu)建的模型是一個(gè)圓柱形的軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過取其截面進(jìn)行模擬分析。這個(gè)模型由三部分組成：左側(cè)是固體部分，中間是橡膠圈，右側(cè)是剛性體。這種設(shè)計(jì)在很多工業(yè)設(shè)備中都能看到，其密封性能直接關(guān)系到設(shè)備的正常運(yùn)行。
二、壓縮與加載
在模擬的初始階段，右側(cè)的剛性體會(huì)上移到指定位置，對(duì)橡膠圈進(jìn)行壓縮。這一步是為了模擬實(shí)際安裝過程中橡膠圈的變形情況，確保其能夠適應(yīng)密封槽的形狀。
結(jié)果如圖所示
接下來，我們?cè)谙鹉z圈的凹槽部分加載流體壓力。這些壓力會(huì)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(shí)，我們關(guān)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(shè)置與接觸條件
橡膠材料的選擇至關(guān)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(jù)實(shí)際情況選擇了合適的橡膠材料，并設(shè)定了相應(yīng)的物理參數(shù)。
與此同時(shí)，橡膠與固體、剛性體之間的接觸也被設(shè)定為摩擦接觸，摩擦系數(shù)設(shè)為0.1。為了更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際情況，我們還設(shè)置了每步更新剛度的選項(xiàng)，以確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。
四、提高收斂性
在進(jìn)行有限元分析時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到不收斂的問題。這可能是由于模型設(shè)置、網(wǎng)格劃分或求解器參數(shù)等原因?qū)е碌摹?/span>
展開 FLUENT仿真精典案例#351-螺旋槽干氣密封仿真 ￥500
FLUENT仿真精典案例#351-螺旋槽干氣密封仿真
01 案例介紹
本例對(duì)干氣密封氣膜，進(jìn)行fluent模擬，模型如下圖。模型參數(shù)略過。需通過模擬了解：剛度K、泄漏量q、氣膜推力（開啟力）F、壓力沿徑向的分布。
02 網(wǎng)格情況
ICEM結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，1/12周期網(wǎng)格（可生成整體網(wǎng)格），如下兩圖。因模型前尖角存在，最小網(wǎng)格質(zhì)量0.168（后續(xù)仿真能收斂）。
設(shè)計(jì)仿真 | Marc軟件助力塔塔汽車團(tuán)隊(duì)克服橡膠密封仿真
因此，塔塔汽車公司決定使用Marc軟件來克服橡膠密封仿真的問題。
Marc有助于預(yù)測(cè)車門開啟和關(guān)閉工況的車門密封件的性能。基于上述仿真的置信度，進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，以評(píng)估密封件其他參數(shù)的靈敏度，例如：密封件厚度、球部直徑、接觸表面之間的間隙和材料特性。
接下來，在仿真中捕捉密封的裝配順序。Marc仿真結(jié)果提供了關(guān)于密封變形、接觸長(zhǎng)度、閉合力、CLD曲線和密封件在車身面板上安裝力的關(guān)鍵解析。這些參數(shù)很重要，因?yàn)樗鼈冇绊戃囬T密封性能的各種功能。
車門密封仿真結(jié)果
客戶受益
校驗(yàn)結(jié)果顯示分析結(jié)果和物理測(cè)試數(shù)據(jù)有很好的一致性。這些結(jié)果有助于確定主要參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)漏水、風(fēng)噪、開門/關(guān)門作用力的影響。在早期設(shè)計(jì)階段獲得這些關(guān)鍵解析有助于降低成本和縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
有了Marc軟件，團(tuán)隊(duì)以四倍速度完成仿真，并且是現(xiàn)有仿真效率的兩倍。
海克斯康設(shè)計(jì)仿真團(tuán)隊(duì)和塔塔汽車團(tuán)隊(duì)攜手合作攻克項(xiàng)目并快速找到解決問題的方案。總體而言，團(tuán)隊(duì)能夠滿足既定的項(xiàng)目開發(fā)周期時(shí)間表。
在未來，該團(tuán)隊(duì)也計(jì)劃采用類似的方法設(shè)計(jì)車門密封系統(tǒng)。這同樣適用于其它仿真，如車門GRM和天窗密封條。
展開 密封圈接觸變形仿真 ￥500
<p>密封圈常應(yīng)用于結(jié)構(gòu)裝配之間的密封，包括了軸、超彈體和法蘭等相關(guān)組件中。密封圈的密封性能取決于密封圈和接觸構(gòu)件之間的接觸壓力，當(dāng)密封圈周圍的液體壓力差超過接觸所提供的抵抗力時(shí)，發(fā)生泄漏，密封圈失效。本案例仿真了密封圈接觸變形及變形回復(fù)過程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202110/97c5e68e339e4619bcba887dc372e416.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，也可以加我，歡迎交流</p><p><br></p>
展開 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(yè)應(yīng)用中被用來保護(hù)兩體之間的柔性接合處。在汽車行業(yè)中，橡膠套封條覆蓋傳動(dòng)軸上的恒速接頭，以保護(hù)其免受外部損害。這是一個(gè)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(yè)應(yīng)用中用于保護(hù)柔性接頭
在兩個(gè)物體之間。在汽車行業(yè)中，橡膠防塵罩密封件持續(xù)覆蓋著
驅(qū)動(dòng)軸上的速度接頭，用于保護(hù)其免受外部因素（如灰塵）的影響，潮濕、泥濘等環(huán)境。
這些橡膠靴的設(shè)計(jì)旨在適應(yīng)這些環(huán)境關(guān)節(jié)的最大可能擺動(dòng)角度，以及補(bǔ)償軸長(zhǎng)變化。這個(gè)橡膠靴密封件的例子展示了幾何非線性（大應(yīng)變）以及大變形）、非線性材料行為（橡膠）和狀態(tài)變化
非線性（接觸）
展開 電池包涉水沖擊工況密封結(jié)構(gòu)仿真評(píng)估（近期推出視頻課程） ￥8.88
主要有兩種失效形式：1、塑料件電池包密封蓋受水沖擊發(fā)生變形甚至破裂失效；2、電池包密封結(jié)構(gòu)受水沖擊滲水失效。對(duì)于上述的失效形式一，基于LSDYNA ALE算法開發(fā)了一種電池包涉水沖擊雙向流固耦合仿真方法，可用于評(píng)估電池包涉水沖擊場(chǎng)景中水的流動(dòng)狀態(tài)及密封蓋應(yīng)力狀態(tài)；對(duì)于上述的失效形式二，引入LSDYNA與STAR CCM+聯(lián)合仿真，開發(fā)了正向判定電池包密封結(jié)構(gòu)滲水失效的方法。
