针对深海单、双边受压工况,通过有限元方法研究不同海深压力和压缩量对往复密封静态特性的影响,探究可能发生密封失效的危险区域。建立与接触应力、接触长度及密封压力相关的综合性指标平均裕度值,分析平均裕度值随海深压力的变化规律,单边受压时平均裕度值在40 MPa左右达到峰值,双边受压时随海深压力增加而减少,两种工况的平均裕度值均在最高海深压力时最低。因此,根据两种工况在120 MPa时密封压缩量与平均裕度值的对应关系,结合试验研究压缩量对密封可靠性的影响,进而得到满足全海深作业要求的设计平均裕度值不小于4.38 MPa,密封压缩量不小于0.4 mm。该往复密封结构应用于“奋斗者”号全海深载人潜水器可调压载装置,经过万米海试验证密封性能可靠。

基于有限元分析软件ANSYS建立了加挡圈O形圈二维轴对称几何模型,对高压工况下振动对密封圈静密封性能的影响进行研究。首先,给出了振动工况下O形圈的密封行为变化,预测密封件易失效部位;其次,对比分析了不同压力和振动幅值对密封静力学性能的影响。结果表明:较大的介质压力加剧O形圈被挤入张开的密封间隙,活塞杆振动挤压O形圈材料,从而造成应力集中,因此在介质压力较大时,需要注意防震;而提高挡圈材料的回弹性,能有效防止由于振动造成的O形圈的失效损坏。

针对唇形密封圈性能评估过程繁琐且效率低的问题,基于唇形密封圈物理模型与Femap&NX Nastran平台,研究了基于物理模型的唇形密封圈静密封性能快速仿真流程定制技术。首先,基于Mooney-Rivilin模型的橡胶材料本构关系,利用有限元分析软件建立唇形密封圈的轴对称数值模型,针对该模型的非线性问题,采用收敛控制技术取得了良好的收敛性;通过有限元模拟获得了唇形密封圈装配过程中相关密封性能参数,并通过旋转力矩实验验证了密封圈性能评估有限元模拟技术的有效性。其次,基于唇形密封圈物理模型并结合设计工程师对产品性能评估的需求,提出了基于物理模型的仿真流程定制技术,并采用Visual Basic语言,结合Femap API,开发了唇形密封圈密封性能评估软件。最后,通过实例验证了该软件的有效性与通用性,结合CAD(computer aided design,计算机辅助设计)参数化技术,在灵...