密封工程的案例
Abaqus在橡膠密封墊設計中的工程化應用
發動機的“三漏”問題，已日益成為影響發動機性能、可靠性、使用周期等的重點關注對象，因此發動機各密封材料的密封性能和可靠的連接方法是減少甚至消除這類問題的關鍵，對密封件的研究已經成為目前發動機設計中的一個重要組成部分。
一般而言，密封結構的裝配關系及幾何形狀比較復雜,其中的橡膠密封元件,具有非線性本構關系。它會導致結構受力變得復雜,承載后會出現大位移、大應變。因此，傳統的設計方法, 在實驗之前不能預先地對密封結構的性能進行評價,只能依賴于設計者的經驗,這顯然已經不能滿足現代精確設計的要求。本文針對某發動機開發中橡膠密封墊密封問題，利用大型有限元分析軟件Abaqus，建立有限元分析模型，驗證了該橡膠密封墊的失效原因，校核了優化方案的密封性能，為橡膠密封墊密封問題提供了理論依據，使問題得到了解決。
1.理論基礎
Abaqus作為國際上最先進的大型通用有限元
計算分析軟件之一，可以進行結構的靜態和動態分析，具有豐富的單元模式，可以模擬廣泛的材料性能，使工程分析和優化設計更快更好，在本案例中的計算分析得到了令人滿意的結果。
1.1 分析模型的簡化
在工程實踐中，常存在這一樣類彈性力學問題具有如下特征：
（1）物體是柱體，且軸向尺寸比橫截面尺寸大很多；
（2）所有外力（體積力和表面力）都平行于橫截面作用，且沿軸向保持不變。
任取一個垂直于軸向（z方向）的橫截面，若軸向無限長，則該橫截面為對稱面，3個位移都應相對它對稱。因此，可以推斷位移分量應是：ux=ux(x,y),uy=uy(x,y),uz=0。由幾何方程可得，平面內應變分量εx、εy、γxy≠0且僅為xy的函數；平面外應變分量εx=γxz=γyz=0。可見變形僅發生在與橫截面平行的平面內，因此這類問題稱之為平面應變問題。
展開 【專業知識】工程機械上有多少種密封圈？都是干什么用的？
工程機械都離不開油缸，油缸又離不開密封件。常見的密封件就是密封圈，也叫油封，起到隔絕油液的作用，防止油液溢出或通過。這里，制造君為大家整理了常見的一些油缸密封圈的類型和形式。
常見的用于液壓油缸的密封圈又以下這些類型：防塵圈、活塞桿密封圈、緩沖密封圈、導向支撐環、端蓋密封圈和活塞密封圈。
防塵圈
防塵圈安裝在液壓缸端蓋的外側，用于防止外部污染物進入油缸，根據安裝方式又可分為卡入式和壓入式。關注機械工程師，獲取更多機械知識。
卡入式防塵圈的基本形式
卡入式防塵圈最為常見，顧名思義，防塵圈卡在端蓋內壁的凹槽里，用于不那么苛刻的環境條件下。卡入式防塵圈的材料通常為聚氨酯，結構形式有多種變體，如H和K型截面為雙唇結構，但萬變不離其宗。
卡入式防塵圈的一些變體
壓入式防塵圈用于嚴苛、重負荷的條件下，并不卡在凹槽中，而是聚氨酯材料外包裹一層金屬以增加強度，壓入液壓缸端蓋內。壓入式防塵圈也有多種形式，也分單唇和雙唇。
壓入式防塵圈及一些變體
活塞桿密封圈
活塞桿密封圈也被稱作U型杯，是主要的活塞桿密封件，安裝在液壓缸端蓋內側，作用是防止液壓油外漏。活塞桿密封圈由聚氨酯或丁 腈橡膠制成，在某些場合，需要與支撐環（也叫擋圈）一起使用，支撐環用于防止密封圈在壓力作用下發生擠壓變形。活塞桿密封圈也有多種變體。關注機械工程師，獲取更多機械知識。
常見的活塞桿密封圈形式
活塞桿密封圈的一些變體
緩沖密封圈
緩沖密封圈作為輔助的活塞桿密封圈，用于在系統壓力突然增加時保護活塞桿。常見的有三種類型的緩沖密封圈。A型是由聚氨酯制成的單件密封圈。
展開 干工程，不懂檢驗批如何劃分？詳細總結教會你！
（2）保溫與隔熱工程各分項工程每個檢驗批的抽檢數量，應按屋面面積每100㎡抽查一處，每處應為10㎡，且不得少于3處。
（3）防水與密封工程各分項工程每個檢驗批的抽檢數量,防水層應按屋面面積每100㎡抽查一處，每處應為10㎡，且不得少于3處；接縫密封防水應按每50m抽查一處，每處應為5m，且不得少于3處。
（4）瓦面與板面工程各分項工程每個檢驗批的抽檢數量，應按屋面面積每100㎡抽查一處，每處應為10㎡，且不得少于3處。
（5）細部構造工程各分項工程每個檢驗批應全數進行檢驗。
21.3 檢驗批容量：按面積計。
22
建筑給水排水及供暖
22.1 檢驗批的劃分
建筑給水、排水及采暖工程的分項工程，應按系統、區域、施工段或樓層等劃分。分項工程應劃分成若干個檢驗批進行驗收。
展開 檢驗批的劃分、容量及抽樣總結！附76個常用檢驗批驗收表
（2）保溫與隔熱工程各分項工程每個檢驗批的抽檢數量，應按屋面面積每100㎡抽查一處，每處應為10㎡，且不得少于3處。
（3）防水與密封工程各分項工程每個檢驗批的抽檢數量,防水層應按屋面面積每100㎡抽查一處，每處應為10㎡，且不得少于3處；接縫密封防水應按每50m抽查一處，每處應為5m，且不得少于3處。
（4）瓦面與板面工程各分項工程每個檢驗批的抽檢數量，應按屋面面積每100㎡抽查一處，每處應為10㎡，且不得少于3處。
（5）細部構造工程各分項工程每個檢驗批應全數進行檢驗。
21.3 檢驗批容量：按面積計。
22
建筑給水排水及供暖
22.1 檢驗批的劃分
建筑給水、排水及采暖工程的分項工程，應按系統、區域、施工段或樓層等劃分。分項工程應劃分成若干個檢驗批進行驗收。
展開 
動力電池浸沒式冷卻液的熱管理與流變動力學研究
高分子材料的長期相容性： 電池內部具有大量橡膠密封件與工程塑料結構件。經過充分老化測試，該新型介質因不含芳香烴、硫等活性基團，證明了其與各類高分子基材的完全無損相容，杜絕了樹脂腐蝕、橡膠溶脹等潛在失效風險。
通過本研究，精準驗證了極低濃度納米流體在兼顧"高導熱效率"與"低粘度懲罰"上的理想平衡，為面向未來高壓快充場景的動力電池浸沒式熱管理體系奠定了堅實的科學驗證與工程應用基礎。
國高材分析測試中心全棧式電池熱管理服務方案
國家先進高分子材料產業創新中心（國高材分析測試中心）作為國家級的產業創新與材料測試平臺，致力于為全球客戶提供測試、科研與產品研發"一站式"的高分子全產業鏈綜合服務。針對當前新能源汽車與儲能系統在電池熱管理上面臨的技術痛點，中心構建了覆蓋六大服務產業鏈的響應機制，推出了行業領先的全棧式電池熱管理服務方案：
1. 多維物理與熱物性表征： 依托物理機械性能與化學性能實驗室，可高精度測定浸沒式液冷液、導熱結構膠等熱管理介質的導熱系數、流變粘度、比熱容及高低溫物理穩定性。
2. 系統環境可靠性與安全性評價： 通過環境可靠性實驗室，提供嚴苛的電導率生命周期管控閾值測試（如新國標推薦的≤300 μS/cm），并能夠執行冷卻液與電池包內部橡膠、塑料密封件在80°C及以上環境中的長期相容性老化評估。同時開展低溫消泡性能測試，以保障流場的均一性，杜絕微觀氣蝕與局部熱點隱患。
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原子力顯微鏡（AFM）在電池電極層的表征應用
利用DSC/TGA精準評估正極材料熱穩定性，筑牢動力電池安全防線
展開 金屬波紋管液壓成形技術及設備
由于特殊的結構形式，使其在連接、密封、吸振等方面具備優于直壁管件或者金屬軟管所不具備的功能。也正是由于這種特殊的管壁形狀，對其成形技術和成形裝備提出了更多的要求。時下針對金屬波紋管的成形技術種類繁多，例如有液壓成形、機械或橡膠脹形、焊接成形、電化學成形、旋壓成形、滾壓成形、電磁成形、超塑成形、水射流漸進成形和半無模成形。結合各個技術特點，都有相對應的波紋管類型和使用范圍。本文圍繞當前工業中應用較為廣泛的金屬波紋管液壓成形技術及相關設備進行重點介紹。
金屬波紋管的應用
從1929年第一根波紋管的誕生，至今已有近百年的歷史。早期的波紋管應用在測量儀器中，作為彈性輔助原件。作為基礎元件的金屬波紋管以及其組成的部件，是現在裝備制造及工業生產系統中不可缺省的組成部分。金屬波紋管在航空航天，汽車制造，密封閥門，建筑工程以及醫療衛生等領域有著十分廣泛的應用。
國內外眾多汽車生產商將金屬波紋管作為降噪裝置，應用于車輛排氣系統中（圖1）。在汽車行業中使用的是由雙層不銹鋼板，先進的生產工藝制成的金屬波紋管，布置在發動機與排氣管組件的連接處。波紋管降噪裝置可以阻止源自發動機的振動向排氣管組件傳播，并降低排氣系統和車架的共振，以減少整車振動噪聲。
圖1 汽車排氣系統用金屬波紋管降噪裝置
閥門在現代化工工業、石化冶煉、熱力發電等生產部門有復雜的管網系統，具有舉足輕重的作用。尤其是在大口徑防泄漏的關鍵節點上需選用金屬波紋管閥門（圖2）。耐高壓、耐腐蝕的金屬波紋管組件與閥體內腔活動部件構成密封，阻止高壓流體從閥桿縫隙溢出。
在衛生醫療行業中，金屬波紋管也有廣泛的應用，例如將微型金屬波紋管用于助聽器中。
展開 PTFE油封技術發展趨勢
3.2 國內PTFE油封研究狀況
3.2.1 密封材料
廣州機械科學研究院是我國機械行業技術歸口單位之一，從20世紀80年代初就開始從事PTFE研究和產品開發工作，負責過國家“六五”、“ 七五”、“八五”相關PTFE材料的科技攻關項目。其中，在“十一五”國家科技攻關項目中承擔了“重大冶金裝備AGC油缸密封件關鍵技術研究”，開展AGC油缸PTFE組合密封研制，目前產品廣泛應用于國內多家大型鋼鐵廠中；“十二五”承擔了國家科技攻關項目“大型及行走式工程機械密封關鍵技術研究與應用”的子課題“PTFE材料及成型工藝技術研究”，為“三一”、“徐工”、“廈工”等工程機械企業提供PTFE密封產品。自2000年以來，廣州機械科學研究院先后承擔科技部技術開發研究專項、廣東省科技攻關項目、廣州市科技計劃項目、廣州機械科學研究院基金項目等十幾個項目，完成了PTFE油封、PTFE油缸密封、長壽命無油潤滑高壓壓縮機密封件、聚合物納米復合材料及高性能PTFE摩擦密封件、高精高速高效機床用導軌軟帶等的研制和批量生產，積累了豐富的研究經驗。
2010年，廣州機械科學研究院完成廣東省科技計劃項目“發動機等高溫高速高壓設備用PTFE油封的研制” ，順利通過驗收，其技術指標如表1所示。
表1 發動機等高溫高速高壓設備用PTFE油封技術參數
Table 1 PTFE oil seal parameters for high temperature,high speed and high pressure equipment of engine
3.2.2 密封結構
國內研制的PTFE 油封主要應用于汽車發動機行業及螺桿空氣壓縮機行業，汽車發動機油封旋轉速度更高，而螺桿空氣壓縮機油封承受的壓力大。
展開 “Ansys Workbench壓力容器有限元分析”高級培訓
3、分支點和極值點穩定問題的WB計算模塊
4、分支點穩定（特征值屈曲）計算理論
5、分支點穩定（特征值屈曲）計算的WB設置技巧
6、極值點穩定（非線性屈曲）計算原理
7、極值點穩定（非線性屈曲）的WB計算設置與操作技巧
7.1載荷加載法
7.2位移加載法
7.3弧長法
7.4算法穩定性的增強技術
7.5載荷-位移曲線的提取與計算結果的正確性評價
7.6非線性屈曲技術的總結
8、壓力容器整體失穩與局部失穩的判定方法
9、初始缺陷的施加方法
工程實例-1：柱式壓力容器線性/非線性屈曲分析
工程實例-2：立式壓力罐支承處局部屈曲失穩計算
壓力容器密封分析
1、襯墊基本知識
2、墊片材料模型-Gasket模型
3、墊片幾何模型的網格劃分方法
4、Gasket材料屬性
5、壓力容器密封設計與密封性能評價
6、墊片密封性能評價方法
工程實例-1：壓力容器法蘭墊片密封分析
工程實例-2：壓力容器橡膠密封結構擠壓分析
壓力容器熱應力
計算
1、工程熱應力計算原理
2、穩態熱應力計算方法
3、穩態熱應力計算的ANSYS WB設置技巧
4、瞬態熱應力計算方法
5、瞬態熱應力計算的ANSYS WB設置技巧
工程實例-1：加氫反應器裙座穩態熱應力計算與評定
工程實例-2：壓力罐瞬態熱應力計算
壓力容器
模態分析
1、模態分析簡介
2、模態計算理論
3、固有頻率與模態振型
4、參與系數，有效質量
5、模態提取方法
6、模態計算中接觸設置
7、模態計算設置
8、有應力結構的模態分析方法-解決含水容器的模態分析問題
9、非線性模態及其求解方法（線性攝動法）
工程實例-1：盛有液體的立式壓力容器的模態分析
展開 PTFE油封技術發展趨勢
3.2 國內PTFE油封研究狀況
3.2.1 密封材料
廣州機械科學研究院是我國機械行業技術歸口單位之一，從20世紀80年代初就開始從事PTFE研究和產品開發工作，負責過國家“六五”、“ 七五”、“八五”相關PTFE材料的科技攻關項目。其中，在“十一五”國家科技攻關項目中承擔了“重大冶金裝備AGC油缸密封件關鍵技術研究”，開展AGC油缸PTFE組合密封研制，目前產品廣泛應用于國內多家大型鋼鐵廠中；“十二五”承擔了國家科技攻關項目“大型及行走式工程機械密封關鍵技術研究與應用”的子課題“PTFE材料及成型工藝技術研究”，為“三一”、“徐工”、“廈工”等工程機械企業提供PTFE密封產品。自2000年以來，廣州機械科學研究院先后承擔科技部技術開發研究專項、廣東省科技攻關項目、廣州市科技計劃項目、廣州機械科學研究院基金項目等十幾個項目，完成了PTFE油封、PTFE油缸密封、長壽命無油潤滑高壓壓縮機密封件、聚合物納米復合材料及高性能PTFE摩擦密封件、高精高速高效機床用導軌軟帶等的研制和批量生產，積累了豐富的研究經驗。
2010年，廣州機械科學研究院完成廣東省科技計劃項目“發動機等高溫高速高壓設備用PTFE油封的研制” ，順利通過驗收，其技術指標如表1所示。
表1 發動機等高溫高速高壓設備用PTFE油封技術參數
Table 1 PTFE oil seal parameters for high temperature,high speed and high pressure equipment of engine
3.2.2 密封結構
國內研制的PTFE 油封主要應用于汽車發動機行業及螺桿空氣壓縮機行業，汽車發動機油封旋轉速度更高，而螺桿空氣壓縮機油封承受的壓力大。國內關于螺桿空氣壓縮機油封結構的資料極少，結構設計時除了考慮唇口高速旋轉外，必須保證唇口的承壓能力。
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