真空环境中O形密封圈泄漏分析.pdf

机械设计与制造
第4期
Machinery Design Manufacture
2013年4月
真空环境中0形密封圈泄漏分析
关文锦,杜群贵
(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州510640)
摘要:使用 ABAQUS有限元分析软件建立了0形密封圈的二维轴对称模型,重点研究了压缩率与介质压力对O形圏
接触应カ、接触长度的影响,结果表明:0形密封圈的接触应力大小与接触宽度随着压编率和介质压力的增大而增大。除
此之外,通过应用Roth.A真空泄漏理论分析了压缩率、表面粗糙度、温度对0形密封圈密封性能的影响,结果表明:0形
密封圈的泄漏率随着压缩率的增大而减小,随着表面粗糙度和温度的增大而增大,为了保证∩形圈的密封性能,应当适
当提高压缩率与密封表面的加工精度。
关键词: ABAQUS;O形密封圏;接触应力;泄漏率
中图分类号:T16;TR79文献标识码:A文章编号:1001-3997(2013)04-0066-04
Leakage Analysis of the O-ring Seal Used in Vacuum
GUAN Wen-jin, DU Qum-gui
( College of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Technology, Guangdong Guangzhou 510640
China
Abstract Tivo-imensional ais mmetric finite element model of the rubber O-ring has been established by using pro ram
ABQUS to discuss the wons mises stress istribution, contact stress ist buton and contact width of the O-ring at direr
compression ratio and pressure. It was shown that the contact pressure and the contact width became greater when th
compression o and the medim pressure incease n di, sed n Roth s cuum leakage theory, the influence of
the compression ratio, surface roughness and temperature upon the sealing performance of the O-ring was discussed and i
was concluded that the leakage rate of the O-ring decreased as the compression ratio increased and increased when the
surface roughness and the temperature increased. o improue the sealing performance of an 0-ring, the compression ratio and
the surface finish should be increased.
Key Words: ABAQUS; O-ring; Contact Pressure; Leakage Rate
将使用有限元方法,针对沟槽中单侧受限的橡胶0形密封
0形橡胶密封圈结构简单、密封可靠,被广泛使用于各种密园,采用能够反映橡胶O形受力状态的Moeg-Riin非线性
封结构中,其设计的好坏,影响着整个系统的性能以及寿命。在航应变能量密度本构模型,对其力学行为进行数值模拟,同时基于
空航天领域,O形密封隣在真空环境中密封性能的好坏将对系统 Roth. A真空密封理论,分析不同因素对O形密封圈泄漏率的影
的安全性与可靠性产生重大的影响。美国“挑战者”号失事的直接响
原是航天飞机右侧固体火箭助推器的O型密封圈失效,导致20形密封圈有限元分析计算模型
燃气外泄,从而引起爆炸,因此对O形密封圈中的密封性能进行2.1橡胶材料的本构模型
分析研究将具有重要的意义。
橡胶材料是一种超弹性、可高度变形的材料,在实际应用
在O形密封圈应力应变研究方面,文献通过采用有限元
方法在形橡胶密封圈的失效形式上进行了一定的研究,初步中,橡胶材料存在着复杂的边界条件和接触非线性等各种问题。
探讨了影响密封性能的因素。国外 Karaszkiewicz基于 Hertz 1接触它的应力状态不像一般的工程材料一样能用一条弹塑性响应曲
理论建立了0形密封圈的接触宽度以及接触应力的数学模型P,线表示,其应力应变关系需要使用应变能密度网数来描述,应变
在衡量O形密封可靠性方面起到重要作用。在密封圈泄漏研能密度函数本构模型的选取需要根据材料及模型的变形情况综
究方面,一些科研人员基于RohA密封理论真空环境中橡合考虑。 Mooney- Rivlin本构模型能够能很好地描述变形小于
胶密封圈的泄漏率进行了研究。文献通过试验方法研究了不同35%的橡胶材料的力学性能,可以用来模拟O形圈的橡胶材料的
因素对形密封圈泄漏率的影响。
力学行为, Mooney- Rivlin函数如下:
来稿日期:2012-06-13
作者简介:关文锦,(1987-),男,广东人,在读硕士研究生,主要研究方向:流体密封技术;
杜群贵,(19%65-),男,山东菜州人,教授、博士生导师,主要研究方向:现代设计理论与控制