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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。

橡膠部分為可變形體，我們賦予它超彈性屬性，具體設置如圖4所示圖4、橡膠屬性設置示意圖●Assembly模塊：默認即可。●Step模塊選擇通用分析步，打開幾何大變形開關（如圖5所示）。圖5、分析步設置●Interaction模塊接觸類型為通用面接觸，接觸屬性為切向摩擦，摩擦系數為0.01，具體設置如圖6所示。

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 橡膠密封圈接觸分析。本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。 ?

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。

當密封件沒有溝槽限制時，可使用圖2左的模型進行仿真分析，當密封圈放置在溝槽時，采用圖2右的模型仿真進行分析。 圖2.有限元模型 密封圈的材料為PTFE，在壓縮過程中存在塑性變形，采用雙線性等向硬化模型來表征材料的力學性能。 圖3.材料本構模型 共設置兩對接觸：（1）蓋板與密封圈之間的接觸；（2）溝槽與密封圈之間的接觸。

設置遠程點 遠端位移設置如下所示： 3.4. 分析和解決方案控制 3.4.1. 載荷步設置 非線性靜力分析分三個荷載步驟進行。分析中考慮了大變形特性。 完成載荷步設置后，打開大變形選項。 設置完成后進行計算求解。

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。

使用的單元類型為減積分、雜交單元，因為密封圈是不可壓縮的橡膠。分析任務 切換至 Job 模組，新建分析任務， 直接提交即可。 診斷信息 使用非對稱求解器 我們是在第三個分析步執行壓力穿透，所以這里調整是第三個分析步。

在動密封中，當壓力大于10MPa時，O形圈就會被擠人間隙中而損壞，為此需在O形圈低壓側設置聚四氟乙烯或尼龍制成的擋圈，其厚度為1.25~2.5mm，雙向受高壓時，兩側都要加擋圈，其結構如下圖所示。

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。

目前市面上的電池包中，主要有三大類密封圈。分別是橡膠類密封圈（材質主要為EPDM、SBR）、膠黏劑類（材質主要為有機硅體系）、泡棉膠帶類（材質主要為發泡硅橡膠、聚氨酯等）。

密封結構為環形軸對稱，蓋板將黑色橡膠圈壓向底部的帶槽基座上，靠橡膠變形回彈與上蓋板和下基座之間的接觸壓力（密封應力）來阻止流體穿過密封界面。蓋板和基座材質都是結構鋼，彈性模量為210000MPa，泊松比為0.3；橡膠圈材質為邵氏硬度75度的EPDM橡膠。本文采用單位制為mm，N，t，s，MPa。

ANSYS Update -滲透壓workbench中GUI設置，及一些橡膠密封的注意事項 !

Marc 軟件，建立了密封條的三維仿真模型，分析了密封條的壓縮、起皺情況，得到密封力與關門速度關系；吳文濤等、陳敏等分別使用 Mooney-Rivlin 或 Ogden 模型對工程中常用的密封件如O型、+Y-型、唇形密封圈的材料屬性進行了表征，同時利用<a href="/major/Abaqus 或Marc 軟件對其變形特性進行了模擬；王勇 建立了密封條的幾何模型與橡膠材料模型，并確立了有限元分析的邊界條件

圖1.三唇密封件的軸對稱模型模擬第一步：安裝密封件：將密封件安裝在剛性管道上，圖2。為了便于觀察，只顯示了1/4模型。當密封件安裝在管道后，橡膠材料產生了較大的應力，如圖3。這是因為管道的外徑大于密封件的內徑，從而保證了壓力接觸連接。

常有墊圈有：橡膠平墊圈、橡膠O形圈、塑料平墊圈、聚四氟乙烯包墊圈、石棉橡膠墊圈、金屬平墊圈、金屬異形墊圈、金屬包皮墊圈、波形墊圈、纏繞墊圈等。 （1）橡膠平墊圈：變形容易，壓緊時不費力，但耐壓、耐溫能力都較差，只用于壓力低、溫度不高的地方。

（我們推薦你關注“機械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業信息）當工作壓力小于9.8Mpa時一般不設計擋圈,當壓力大于9.8Mpa時O型圈承壓面易被擠出，應加擋圈;若單向受壓，在承壓面設置一個擋圈，若是雙向受壓則要設置二個擋圈，如圖4-2 O型圈執行標準 O型圈的硬度與溝槽最大間隙及工作壓力關系 密封間隙的大小與壓力等級、橡膠硬度及O型圈斷面的直徑相關情況