极地的低温环境会使橡胶逐渐变硬甚至玻璃化从而丧失原有的弹性,易导致钻井泵、防喷器等关键钻井设备出现密封失效问题,影响正常生产并带来安全隐患。因此,需要对极地钻井关键设备所用橡胶密封材料进行优选。按照国家标准GB/T 528-2009和GB/T 7759.2-2014,在20~–50℃温度环境下对橡胶材料进行了单轴拉伸和压缩永久变形试验,将试验数据与多种常见超弹性本构模型进行拟合得到了模型参数,分析了这些本构模型在低温条件下的适用性;利用有限元分析软件ABAQUS,模拟分析了–45℃温度下处于工作状态的O形橡胶密封圈的密封性能,找出了设备在低温条件下容易发生密封失效的位置。分析认为,在低温、小变形条件下,Polynomial(N=2)模型和Ogden(N=3)模型能更准确地描述橡胶的力学性能;硅橡胶、气相胶、丁腈橡胶在极地环境(–45℃)下依然保持优越的密封性能,可以作为极

通过对某橡胶材料标准试件的单轴拉伸、平面拉伸和等双轴拉伸的应力一应变数据的测试，并利用最小二乘原理识别了5种常见橡胶超弹性本构模型的参数，对比了不同模型间的拟合精度。以某款车型的橡胶隔振器为实例，计算不同本构模型在3种典型工程应变下的力一位移曲线，并与实测数据进行对比。结果表明，Mooney—Rivlin模型在处理较小应变数据时具有较好的计算精度和计算稳定性，Vander Waals模型和3阶Ogden模型在处理较大应变数据时具有较好的计算精度。

在深冷环境下密封橡胶易发生变脆、丧失高弹性等现象,从而导致密封性能降低。密封橡胶的力学性能是评估密封可靠性的重要参数。选择低苯基硅橡胶及以低苯基硅橡胶为基体分别添加全氟聚醚油和聚酰亚胺粉的改性橡胶为研究对象,考察3种橡胶在超低温下的力学性能,在常温(23℃)和超低温(-196℃)下进行单轴拉伸和压缩永久变形试验,并利用有限元软件Abaqus超弹性材料拟合板块对本构模型进行参数模拟,探讨Mooney-Rivlin模型、Ogden模型和Yeoh模型对超低温下密封橡胶的适用性。结果表明:在超低温下,聚酰亚胺粉改性低苯基硅橡胶的密封性能优于其他两种橡胶材料;在单轴拉伸试验拟合中,Yeoh模型拟合误差较小;在压缩试验拟合中,Mooney-Rivlin模型和Ogden模型能更准确地描述橡胶力学性能。

基于橡胶试样单轴拉伸试验得到的拉力和变形量等试验数据,利用最小二乘法拟合求得橡胶材料的Mooney-Rivlin模型及Yeoh模型常数。基于有限元方法,用得到的模型常数对试样变形量进行计算并与试验结果对比。结果表明,Mooney-Rivlin模型在小应变和中等应变时可以较好地描述材料的力学行为,Yeoh模型适合模拟大应变时材料的力学行为。利用得到的模型常数计算分析异形密封圈的静态性能,最大变形量计算值与试验值的相对误差为2.74%,表明了所选模型常数的准确性。