基于Ansys的某型液压密封环分析设计塑胶材料

基于Ansys的某型液压密封环分析设计

基于Ansys的某型液压密封环分析设计 2012 随着工业科技的快速发展，密封装置广泛地应用于工业、农业、国防和人们的日常生活之中。尤其是现代化工、石油、航天、原子能及深海技术的迅速发展，对设备的密封、特别是高压、高速工况下的密封工程设计提出越求越高的要求。高压密封是整个高压容器的承要部分，其合理性和完善性直接关系到高压容器能否安全运行。液压测试装置的机械结构比较复杂，为了对其密封面上的接触问题进行全面而分析。本文从基本的面一面接触问题入手，在对模型简化及边界条件进行一定假设的基础上，运用二维有限元分析方法对其进行分析。以模型总变形量和压力分布情况为评价指标，对计算机模拟结果进行分析比较，通过对不同规格的模型和不同尺寸的密封环截面进行数值模拟结果的分析与比较，可知影响密封效果的承要因素。1、有限元分析模型 建立密封处的接触分析实体模型时为了简化问题，通常将三维的实体简化为二维，这种简化对于密封处的模拟计算不仅可以减少计算量而且具有一定的合理性。因此采用二维模型，用参数化建模，只需改变部分参数就可以对不同尺寸和型号的接触模型在不同载荷条件下的接触变形与应力进行分析。从图1可看出，接触模型是沿Z轴轴对称的，只需取模型的局部剖面进行分析，如图2所示。由于接触模型的塑性变形很小，所以不考虑材料非线性，且接触环选用的材料本构线性关系不受载荷的影响。

对其进行刚格划分时采了ANSYS中的PLANE 42单元，为方便计算，对有限元模型的边界条件进行例如下简化与假设：(1)由于实际情况中液压测试装置在内压的作用下整体变形是相当微小的，因此可将装置的上端面与下端面设为刚性面。(2)由于液体压强传递时，液体内的压强值处处相等，且液压测试装置是关于二轴对称的，因此作用在密封环面上的压强是沿静向均匀分布的。对模型下端面与下端面的接触表面施加x、y、z向和对称剖面的约束，接触而单元选用ANSYS提供的含中节点的三节点抛物线型CON工Al72单元，目标面单元为TARGE169单元。本文以低碳制作为液压测试装置密封环的选材，材料参数如下：密封环材料：低碳制；弹性模量2.06×10^5MPa；泊松比：0.33；液压值：100MPa、200MPa、3 00MPa、400MPa、500Mpa；摩擦系数：0.2。2、计算结果与分析 (1)当密封槽上端而的倾角为30°时，计算收敛曲线图如图3所示。

(2)当密封槽上端而的倾角为60°时，其压力分布图如图4所示。

(3)专密封楷上端而的倾角为45°时， 密封环截而宽：2．45mm，高：2．45 mm时，vonmises应力图和持力分布图如图5所示； 密封环截面宽：2．5mm，高：2．45mm时，Vonmises应力图和持力分布图如图6所示； 密封环截面宽：2mm，高：2．45 mm时，vonmises应力图和坼力分布图如图7所示。

3、数值模拟结果的分析与讨论 为了给密封截而尺寸的设计提供一个合理可靠的参考，在密封槽上端而倾角分别为30°、45°、60°的情况下，对不同尺寸的密封环截而进行了数值模拟。通过观禁上述数值模拟数据，不难做出如下分析：当密封槽的上端面倾角为30°时，不沦对密封环的截面加宽还是加高都最终不能得到收敛的数值解，即达不到密封效果。当密封槽的上端面倾角是60°时，不论对密封环的截面加宽还是加高，在液压高达500MPa的作用下密封环外侧最终都与密封槽的上表面面分离，根本不能满足高压密封的效果。当密封槽的上端而倾角是45°时，密封截面在高度为2．45mm情况下，分别对宽2．45mm和2．5mm的密封环进行了模拟，由压力分布图不难看出：接触而处的压力小于内部的液体压强，不能达到密封的效果。但是当密封截面选取宽2mm，高2．45 mm时，数值模拟得到了很好的密封效果，而且压力分布较为均匀。为丁更好地验证该截而的合理与可行性，又在液压分别为l00MPfl、200 MPa、300 MPa、400 MPa、的荷载下进行l数值模拟，均能达到搬好的密封效果。4、结语综上所述，通过对不同规格的模型和不同尺寸的密封环截面进行数值模拟，可以得到这样的结沦：密封槽上端面的倾角和密封环截面尺寸的宽、高是影响密封效果的承要因素。倾角过高，在高压液压的作用下将会导致密封环而与密封槽上表面的分离。倾角过低，在高压液压的作用下将无法得到收敛解即无法进行模拟。又值得注意的是：密封环截面的尺寸是影响密封效果全关承要的因素。在高压的情况下，截面尺寸的微小改变都会导致密封环达不到密封的效果。

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