依据非线性力学理论,用工程实用的测试方法,对硅橡胶材料单轴拉伸力学行为进行了测试,通过对测试结果的拟合处理,得到了四参数的Mooney-R ivlin模型常数,模型曲线与实测应力应变曲线吻合较好。采用该模型常数对硅橡胶“O”形密封圈工作状态的变形和应力进行了有限元分析,加深了对其密封性能的了解,对密封结构的设计分析具有一定的指导意义。

在煤矿工程实践中,设备的工作寿命和密封性能与O形橡胶密封圈的装配工艺密切相关,因而有必要对O形圈的安装状态进行分析。以某型液压缸内O形圈为例,首先,基于橡胶材料的单轴拉伸实验得到其应力-应变曲线,通过对比发现Mooney-Rivlin模型能够很好的表征橡胶材料特性,并获得其材料参数;然后,利用ANSYS建立了O形圈安装状态的有限元模型并展开分析,获得了安装过程中的应力变化;最后,研究了不同摩擦系数、初始压缩率和安装圆角对O形圈所受应力的影响规律,指出其最佳安装状态。为O形圈的结构优化设计和失效分析提供了理论依据。

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。