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2019-04-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
結(jié)構(gòu)中密封圈的應(yīng)用非常廣泛,常見于軸、超彈體和法蘭盤等相關(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),液體將會(huì)發(fā)生滲透現(xiàn)象。
ANSYS作為一個(gè)通用有限元分析軟件,可以利用其非線性分析的功能:
1 、預(yù)測(cè)密封圈的變形和應(yīng)力分布情況;
2、 預(yù)測(cè)密封圈上的接觸應(yīng)力(安裝載荷、工作載荷以及其它可能的載荷形式);
3、 可以考慮密封圈和相鄰構(gòu)件之間液壓滲透載荷對(duì)密封圈受力情況的影響。
所有這些結(jié)果都有助于工程師理解密封圈的結(jié)構(gòu)性能設(shè)計(jì)、密封圈的工作狀態(tài)以及如何應(yīng)用密封圈防水。
ANSYS中液壓滲透載荷可以根據(jù)接觸狀態(tài),在接觸面上施加液體壓力載荷。該載荷是一種按路徑加載的載荷,所以,載荷可以按加載路徑擴(kuò)展或是改變。在迭代開始時(shí),程序會(huì)自動(dòng)尋找液壓載荷所施加的接觸區(qū)域中所有可能的起始點(diǎn),根據(jù)這些起始點(diǎn),程序結(jié)合實(shí)際的接觸狀態(tài)確定液壓加載點(diǎn)。最后,程序?qū)⑤d荷加載在接觸對(duì)的接觸面和目標(biāo)面上。另外,當(dāng)接觸重新閉合,或是接觸壓力大于液體壓力時(shí),液壓滲透載荷將會(huì)被移除。
問題描述
如下圖所示,一個(gè)彈性O(shè)形圈通過其外表面的受壓,起到密封防水的功能。在保證密封圈防水性能的同時(shí),需要將作用在O形圈上的載荷最小化,這是開展該仿真分析的目的。為了將問題簡(jiǎn)單化,該案例采用二維軸對(duì)稱模型進(jìn)行仿真分析。
圖1 模型介紹
仿真中,將O形圈處理成一種不可壓縮的彈性體材料,選擇一階Ogden材料模型,對(duì)于塑料蓋,僅考慮其線彈性。材料模型參數(shù)如下圖所示:
圖2材料參數(shù)
接觸定義
仿真設(shè)置中共有六對(duì)接觸:
1 、O形圈的左側(cè)與左側(cè)相鄰構(gòu)件的接觸;
2、 O形圈的右側(cè)與左側(cè)相鄰構(gòu)件的接觸(因?yàn)镺形圈在整個(gè)過程中變形較大,故O形圈的部分區(qū)域存在與左側(cè)構(gòu)件接觸的可能性);
3 、塑料蓋與右側(cè)構(gòu)件的接觸;
4 、塑料蓋與O形圈的接觸;
5 、塑料蓋與左側(cè)構(gòu)件上端的接觸;
6、 塑料蓋與左側(cè)構(gòu)件下端的接觸。
圖3~8 接觸定義
所有接觸形式均為摩擦接觸,摩擦系數(shù)為0.1。采用增強(qiáng)拉格朗日算法。
邊界條件
整個(gè)分析分為兩個(gè)載荷步:
1 右側(cè)構(gòu)件固定,左側(cè)構(gòu)件向右側(cè)移動(dòng)0.2mm;
2 在前一個(gè)載荷步的邊界條件下,施加滲透水壓5.14MPa。
圖9 邊界條件
需要注意的是,在ANSYS Workbench中,目前不支持液壓滲透載荷的GUI,需要用戶自行輸入命令施加載荷。首先,選擇以下接觸單元和目標(biāo)單元,施加液壓滲透載荷:
1、 O形圈的左側(cè)與左側(cè)相鄰構(gòu)件的接觸對(duì)中的接觸單元;
2、塑料蓋與O形圈的接觸對(duì)中的接觸單元和目標(biāo)單元;
3、塑料蓋與左側(cè)構(gòu)件下端的接觸對(duì)中的接觸單元。
輸入命令:sfe,all,1,pres,,5.14
接著,定義液壓載荷起始點(diǎn):
1 、定義O形圈左右兩側(cè)接觸單元的下端為液壓起始點(diǎn);
2 、定義塑料蓋下端點(diǎn)為液壓起始點(diǎn)。
圖10~12 液壓載荷起始點(diǎn)的定義
計(jì)算結(jié)果
T=0s
T=1s
T=1.2s
T=2s
圖13 變形云圖
T=1s
T=1.18s
T=1.41s
T=2s
圖14 液壓分布
T=1s
T=1.18s
T=1.41s
T=2s
圖15 接觸壓力分布
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