真空容器通常采用O形橡胶圈配合矩形密封槽实现真空密封。本文介绍了O形橡胶圈真空密封的设计,利用ANSYS建立了O形圈两种矩形密封槽非线性有限元分析模型,研究了不同压缩率及真空度下O形圈Von Mises应力、接触应力、接触长度的变化,计算分析了不同压缩率下真空泄漏率的变化。为真空容器O形圈真空密封可靠设计及性能优化提供了依据。

电子制动助力器作为线性控制系统的一种解决方案,对结构可靠性提出了更高的要求,其中制动主缸密封皮碗的失效问题严重影响着制动总缸的抗失效性能。着眼于上述问题,本文以密封皮碗的材料形状、组装要求等参数设计正交试验,运用Abaqus模拟密封皮碗在位移下的受力过程并求出挤入处的最大Mises应力、挤入量和左侧密封处的磨损量;建立了影响因素与响应的二次响应回归方程;以密封皮碗防啃噬、防磨损相关效果为优化目标,使用遗传算法NSGA-II相关函数进行多目标优化,结合原尺寸结果挑选出帕累托最优解,使密封圈的抗失效性能得到了提高。

针对组合密封圈失效问题,采用有限元方法分析了不同的材料参数(弹性模量、碳纤维含量、泊松比)以及不同的结构参数(沟槽宽度、沟槽数目、沟槽间隔宽度)条件对密封圈动密封的特性影响。结果表明:预压缩后最大应力位于滑环与O圈接触中间部位,最大接触压力位于滑环内圆左侧;施加流体压力后最大应力位于滑环与O圈接触右侧部位和滑环与O圈接触中间部位,最大接触压力位于滑环内圆中间部位;动密封状态,左、右行程最大接触压力和最大应力的大小及位置基本相同;不同的结构参数和材料参数均会对其动密封特性产生一定的影响。

本文主要阐述波形密封圈的设计思路。基于大型商用有限元分析软件ABAQUS对点火线圈连接器波形密封圈的密封性能进行仿真,分析密封圈密封面处的接触压力、Mises应力与保持力。仿真计算结果证明该密封圈满足密封性、强度与防脱性设计要求,通过实验也可验证有限元分析的正确性,为无实物密封件的设计验证提供解决办法。

为研究H形密封圈在液压缸活塞密封中的力学性能,建立H形密封装置模型,利用ANSYS软件分析安装阶段、空载阶段和加载阶段的应力变化,并对结构进一步优化,进行对比分析。结果表明:最大应力值随着装载而右移;Von mises应力最大值随着压缩率增大而增大,均处于与缸壁接触处;Von mises应力随着流体压力增大而增大,且密封圈中部会向上突出;优化后能有效减小应力对结构的破坏。

阀体是液压/弹簧蓄能驱动安全阀的重要组成部件,阀体在关闭状态下的受力与变形直接影响平板阀的寿命和工作效率。采用COMSOL软件对安全阀阀体部件在工作压力下的受力与变形进行了有限元分析。模拟结果显示了阀体的应力分布情况,最大应力位于O形圈的凹槽内,通过改变凹槽的截面形状,可以降低最大应力值。通过模拟结果发现最大变形量为0.15 mm,位于中间与阀板相连位置;采用肋板和环形加强筋结构的阀体,其最大应力为343 MPa,最大变形量为0.11mm。

磨粒磨损作为磨损的主要类型之一，影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制，采用球形磨粒模型和分形磨粒模型，对于磨粒磨损的压入、滑动和压碎3个过程，利用有限元软件ANSYS，分析磨粒与磨损表面接触区的Mises应力和剪应力分布以及应力随表面深度的变化情况，并对2种模型的分析结果进行对比。研究结果表明，球形磨粒模型中，磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较分散。且应力峰值较小，在相同材料和压力下磨粒和表面均未压碎；然而分形磨粒模型中，磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较集中。且应力峰值较大，磨粒和表面均压碎。2种模型中，采用分形方法构造的分形磨粒形状与实际情况中的磨粒形状更加相似。

基于三重非线性理论,运用ANSYS Workbench软件,研究O形密封圈沟槽底角对密封性能的影响。在沟槽底角a分别取80°、90°和100°的条件下,仿真分析了介质压力和摩擦系数变化时O形圈的VonMises应力和接触压力分布情况,以此为O形圈密封性能的判定依据。结果表明,在一定的初始压缩率(ε=15%)和摩擦系数(f=0.1)条件下,沟槽底角不同时O形密封圈的最大Von Mises应力和最大接触压力都随着介质压力的升高而增大,其中a=80°和a=100°时的Von Mises应力变化基本相同,且始终大于a=90°时的对应值;与其他两种沟槽底角相比,a=100°时O形圈主密封面上的最大接触压力较大,密封性能更好;在一定介质压力下,沟槽底角不同时O形密封圈在3个密封面上的最大接触压力都随着摩擦系数的增大而先降后升,但始终大于介质压力,从而可以确保其密封性能良好。