利用有限元软件Abaqus建立丁腈橡胶O形圈的轴对称有限元分析模型,分析丁腈橡胶O形圈作为静密封和微动密封时的性能参数。研究表明,O形圈作为静密封时,当流体压力达到6 MPa以上时,必须使用挡圈来避免装配间隙倒角处的剪切失效并提高O形圈的工作压力;在微动密封内外行程中,O形圈的Von Mises应力分布存在较大差异,极值位置变化趋势相反,并且内外行程分别存在一随流体压力增加而增加的固定临界黏滑位移,微动位移小于该值时,O形圈处于黏滑状态,微动位移大于该值时,O形圈发生完全滑动;压缩率增加时,O形圈往复运动过程中受到的滑动摩擦力会急剧增加,在保证密封性的基础上,压缩率取值不宜过大。

研制一种静环用O形圈性能试验装置,该装置利用步进电机通过螺旋差动机构对芯轴施加轴向载荷,实现被测O形圈的四面受压,进而可模拟静环与静环座O形圈的密封。基于该装置在不同工况下对丁晴橡胶O形密封圈密封面之间的接触应力和泄漏量进行实验测量。结果表明O形密封圈在预压缩率一定的情况下,接触应力随着工作介质压力的增大而增大;在工作介质压力一定的情况下,接触应力随着预压缩率的增大而减小,但减少的幅度并不大;O形密封圈的内径对其在不同工况下的接触应力有一定的影响,但影响不大。

为了满足高压清洗机封水密封制品的要求,采用以锦纶布为增强体、丁腈橡胶为橡胶基体的复合结构材料,研制高硬度耐高压水密封制品。结果表明,在胶浆中添加增粘树脂可有效提高锦纶布与橡胶基体的粘合强度,添加适量促进剂H可提高胶料硬度和耐磨性能;先用粘合剂预处理原布,再进行涂覆,可明显提高锦纶布与胶料的粘合强度;通过增强粘合底层胶和耐磨表层胶组合设计,试制密封制品的硬度高,耐磨性能优良,耐水性能明显优于进口密封制品。

以某飞机某部位作动筒渗漏和密封圈扭转断裂的故障为切入点,利用有限元分析软件ANSYS建立O形橡胶密封圈(简称O形圈)的二维轴对称模型,对装配阶段和静压阶段下不同配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度、圆柱度和偏载对密封性能的影响进行分析。结果表明:在一定范围内,配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度对密封性能影响较大,而圆柱度和偏载对密封性能影响较小;在允许的范围内,较小的配合间隙、合适的沟槽深度和宽度能够得到优异的密封性能。该作动筒的O形圈发生渗漏和扭转断裂的原因为密封槽宽度偏大,综合考虑,对密封槽宽度进行改进能够有效提升O形圈的密封性能。

研究不同硫化体系对丁腈橡胶动密封O形圈的影响。结果表明:4种硫化体系中,对于耐热老化性能和耐压缩永久变形性能,DCP、DCP/S并用硫化体系较好,EV硫化体系次之,CV硫化体系最差,耐动态疲劳性能则与上述规律相反。在高温模拟试验运用中,EV硫化体系各项指标综合最优。

对某电站变压器的排油注氮灭火阀体丁腈橡胶密封圈失效进行分析。结果表明,本研究开裂橡胶密封圈胶料添加了大量异形填料,且分散不均匀,填料与橡胶基体界面存在较大缝隙,甚至有明显相分离现象,导致橡胶密封圈受力后发生开裂。针对橡胶密封圈的失效问题提出相应解决措施,包括根据具体设备以及服役环境进行橡胶密封圈的合理选材并严格控制生产质量、在设备安装阶段保证橡胶密封圈的质量、严格按照要求进行橡胶密封圈的安装和更换等。

确定合理的橡胶本构模型对于研究其高弹特性和材料非线性至关重要。石油天然气钻采用防喷器胶芯常用丁腈橡胶,其本构模型参数会直接影响到有限元分析结果的可靠性。提出一种基于实验的研究方法,通过对丁腈橡胶试块进行单轴压缩实验,获取的应力-应变对应值与利用应变能函数计算的应力-应变关系进行拟合,确定了Mooney-Rivilin本构模型关键参数C和C。分别与数值分析和ABAQUS有限元仿真模拟对比,验证了参数C和C的正确性和合理性。通过单轴压缩实验获取的Mooney-Rivilin本构模型参数的研究方法,为工业环境下丁腈橡胶材料理论研究提供了方便。