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2019-04-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
結構中密封圈的應用非常廣泛,常見于軸、超彈體和法蘭盤等相關組件中。密封圈的密封性能取決于密封圈和接觸構件之間的接觸壓力,當密封圈周圍的液體壓力差超過接觸所提供的抵抗力時,液體將會發生滲透現象。
ANSYS作為一個通用有限元分析軟件,可以利用其非線性分析的功能:
1 、預測密封圈的變形和應力分布情況;
2、 預測密封圈上的接觸應力(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件之間液壓滲透載荷對密封圈受力情況的影響。
所有這些結果都有助于工程師理解密封圈的結構性能設計、密封圈的工作狀態以及如何應用密封圈防水。
ANSYS中液壓滲透載荷可以根據接觸狀態,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展或是改變。在迭代開始時,程序會自動尋找液壓載荷所施加的接觸區域中所有可能的起始點,根據這些起始點,程序結合實際的接觸狀態確定液壓加載點。最后,程序將載荷加載在接觸對的接觸面和目標面上。另外,當接觸重新閉合,或是接觸壓力大于液體壓力時,液壓滲透載荷將會被移除。
問題描述
如下圖所示,一個彈性O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,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。為了將問題簡單化,該案例采用二維軸對稱模型進行仿真分析。
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,對于塑料蓋,僅考慮其線彈性。材料模型參數如下圖所示:
圖2材料參數
接觸定義
仿真設置中共有六對接觸:
1 、O形圈的左側與左側相鄰構件的接觸;
2、 O形圈的右側與左側相鄰構件的接觸(因為O形圈在整個過程中變形較大,故O形圈的部分區域存在與左側構件接觸的可能性);
3 、塑料蓋與右側構件的接觸;
4 、塑料蓋與O形圈的接觸;
5 、塑料蓋與左側構件上端的接觸;
6、 塑料蓋與左側構件下端的接觸。
圖3~8 接觸定義
所有接觸形式均為摩擦接觸,摩擦系數為0.1。采用增強拉格朗日算法。
邊界條件
整個分析分為兩個載荷步:
1 右側構件固定,左側構件向右側移動0.2mm;
2 在前一個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單元,施加液壓滲透載荷:
1、 O形圈的左側與左側相鄰構件的接觸對中的接觸單元;
2、塑料蓋與O形圈的接觸對中的接觸單元和目標單元;
3、塑料蓋與左側構件下端的接觸對中的接觸單元。
輸入命令:sfe,all,1,pres,,5.14
接著,定義液壓載荷起始點:
1 、定義O形圈左右兩側接觸單元的下端為液壓起始點;
2 、定義塑料蓋下端點為液壓起始點。
圖10~12 液壓載荷起始點的定義
計算結果
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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