有限元分析法在工程密封件設(shè)計上

巖土工程有限元分析法法及其應(yīng)用 學(xué)院：土木工程學(xué)院 班級：****班 姓名：pantakill 2013.3.15 一、巖土工程的介紹 巖土工程專業(yè)是解決各類工程中關(guān)于巖石、土的工程技術(shù)問題的 科學(xué)。雖然巖土工程計算機分析在大多數(shù)情況下只能給出定性分析結(jié) 果，但巖土工程計算機分析對工程師決策是非常有意義的。開展巖土 工程問題計算機分析研究是一個重要的研究方向。 二、經(jīng)典巖土極限分析法的發(fā)展及其存在的問題 （1）將地基或者土坡引入極限狀態(tài)有兩種方法： 1、增量加載，例如地基承載力； 2、強度折減，例如將地基或者土坡的強度折減fs倍。 （2）土體處于極限平衡狀態(tài)有兩個力學(xué)特征： 1、土體已處于瀕臨破壞失穩(wěn)狀態(tài)，因而它可作為巖土工程破壞失 穩(wěn)的依據(jù)； 2、巖土材料強度得到充分發(fā)揮。 （3）當(dāng)前采用的經(jīng)典極限分析法有如下幾類： 1

隨著結(jié)構(gòu)復(fù)雜的幕墻工的出現(xiàn)，有限元分析法逐漸被工作人員慢慢使用，這種分析方法是一種數(shù)學(xué)式的計算方法，它的應(yīng)用范圍也比較廣泛。它可以在靜態(tài)分析、靜力分析、熱分析中等使用，幕墻的結(jié)構(gòu)力學(xué)也屬于靜力學(xué)的研究范圍。所以有限元法很好的利用了幕墻結(jié)構(gòu)線性和非線性的靜力分析，但是目前有限元法采用的是位移法，以3個位移分量作為基本的研究。

針對在靜密封條件下使用的一種新型y形橡膠密封圈,利用大型有限元軟件ansys對y形密封圈在不同工作壓力下的變形與受力情況進(jìn)行了有限元分析,得出了相應(yīng)的von-mises應(yīng)力分布及接觸壓力分布,并預(yù)測了y形密封圈可能出現(xiàn)裂紋的位置,總結(jié)了y形密封圈接觸壓力的變化規(guī)律。

采用大型有限元分析軟件ansys,對高壓計量泵單向閥密封結(jié)構(gòu)的接觸破壞和泄漏進(jìn)行了分析。研究了閥座的等效應(yīng)力和接觸應(yīng)力隨上扣扭矩和高壓液體內(nèi)壓的變化規(guī)律,并根據(jù)閥座接觸應(yīng)力和等效應(yīng)力的變化確定了高壓接頭的最大和最小上扣扭矩,在此扭矩范圍內(nèi),可保證計量泵既不會因為上扣扭矩過小而發(fā)生泄漏,又不會因為上扣扭矩過大而壓潰。在此基礎(chǔ)上,提出單向閥密封裝配時應(yīng)注意的事項,為此類結(jié)構(gòu)的裝配和使用提供了一種新的分析方法。

利用ansys建立了液壓系統(tǒng)中液壓缸用o形橡膠密封圈的二維軸對稱模型,分析計算了o形密封圈缸筒和軸套的間隙、密封軸套槽口倒角半徑、o形密封圈的截面尺寸、橡膠材料參數(shù)、初始壓縮率對密封面最大接觸壓力和剪切應(yīng)力的影響。結(jié)果表明:o形密封圈缸筒和軸套的間隙對剪切應(yīng)力的影響很大;軸套溝槽寬度、o形密封圈的截面尺寸和橡膠材料參數(shù)對密封面最大接觸壓力的影響很大;初始壓縮率對密封面最大接觸壓力和剪切應(yīng)力的影響都很大;對于本文分析的結(jié)構(gòu),在其它條件不變的情況下密封軸套槽口倒角半徑對密封面最大接觸壓力和剪切應(yīng)力的影響都不大;分析結(jié)果驗證了長期使用的經(jīng)驗設(shè)計。

有限元分析方法 課程名稱有限元分析方法 題目柱塞泵密封圈接觸應(yīng)力的有限元分析 學(xué)生姓名 學(xué)號 專業(yè)機械工程 學(xué)院機械工程 任課教師 柱塞泵密封圈接觸應(yīng)力的有限元分析 柱塞泵密封圈接觸應(yīng)力的有限元分析 1.橡膠密封圈的發(fā)展?fàn)顩r 柱塞泵中的密封圈多采用v型橡膠密封圈，是典型的往復(fù)式柔性密封。雖然人類對往復(fù)式柔性密封的研 究有幾十年的歷史，但是至今對它的認(rèn)識還很不夠。許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，在密封的往復(fù)行程中，在唇口與密封 表面間有一層油膜，使摩擦系數(shù)下降。60年代以后，隨著流體動壓潤滑理論的發(fā)展，奧地利的h.blok認(rèn) 為密封面的潤滑問題可設(shè)想為滑動軸承流體動壓潤滑的逆問題，即假設(shè)已知壓力分布，然后應(yīng)用雷諾方程 來計算油膜厚度、速度分布、剪切應(yīng)力、泄漏量與摩擦力。為求得密封表面合理的薄膜形狀，首先需要解 決的問題是密封柔性元件與剛性表面間的壓力分布曲線。可見，對于柱塞密封

采用含高階項的mooney-rivlin本構(gòu)模型對在機械密封溝槽中單側(cè)受限丁腈橡膠o形圈的密封性能進(jìn)行了數(shù)值計算,重點研究了預(yù)壓縮率和介質(zhì)壓力對o形圈接觸應(yīng)力、接觸寬度和峰值應(yīng)力的影響。模擬計算結(jié)果表明:計算值與lindley半經(jīng)驗公式值和wendt實驗值較為一致;o形圈預(yù)壓縮率對主接觸面上的接觸應(yīng)力分布有較大影響,而對受限側(cè)接觸面上的接觸應(yīng)力分布影響較小;預(yù)壓縮率越大主接觸面上峰值應(yīng)力越大,而側(cè)接觸面上峰值應(yīng)力基本不變;介質(zhì)壓力作用會對o形圈產(chǎn)生二次壓縮,介質(zhì)壓力越大,主接觸面和側(cè)接觸面上的峰值應(yīng)力越大。被預(yù)壓縮橡膠o形圈承受介質(zhì)壓力時,具有"自緊密封"特性,接觸應(yīng)力曲線具有拋物線特性;較小的o形圈預(yù)壓縮率可以產(chǎn)生較大的接觸應(yīng)力。因此,建議機械密封o形圈的預(yù)壓縮率不宜過大,以滿足機械密封補償環(huán)浮動性和端面追隨性的要求。

利用有限元分析軟件ansys,建立了橡膠o形圈及其邊界的有限元模型,分析計算了不同的o形密封圈徑向間隙以及不同的油壓下對密封面最大接觸壓力和vonmises應(yīng)力的影響,以及它們之間的相互關(guān)系,為o型密封圈的合理安裝和使用提供了理論依據(jù)。

利用有限元分析軟件ansys,分析計算了不同的o形密封圈徑向間隙以及不同的油壓下對密封面最大接觸壓力和vonmises應(yīng)力的影響,以及它們之間的相互關(guān)系,為o型密封圈的合理安裝和使用提供了依據(jù)。

運用有限元分析法對準(zhǔn)噶爾盆地西北緣紅車斷裂帶三疊—新近系現(xiàn)今構(gòu)造應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)字模擬,結(jié)果顯示,三疊—新近系整體處于張性環(huán)境.勘探證實,在強張應(yīng)力分布區(qū)探井多見油氣,是油氣儲集和聚集區(qū).紅車斷裂帶三疊—白堊系強張應(yīng)力區(qū)主要分布在西北部邊緣,該區(qū)域處于構(gòu)造隆起部位,發(fā)育復(fù)雜斷層體系,形成大量局部構(gòu)造圈閉,且有大量張性和張扭性裂縫發(fā)育,是儲集油氣有利構(gòu)造應(yīng)力場區(qū).新近系強張應(yīng)力區(qū)主要分布在南部,可形成局部構(gòu)造圈閉,發(fā)育張性和張扭性裂縫,具備形成油氣藏構(gòu)造應(yīng)力場條件.

有限元分析法是指對復(fù)雜形態(tài)物體的應(yīng)力及應(yīng)變進(jìn)行分析,具有力學(xué)性能測試全面、客觀、可重復(fù)性的特點。目前,有限元分析法已被廣泛應(yīng)用于脊柱畸形、腰椎損傷以及假體植入等人體復(fù)雜結(jié)構(gòu)生物力學(xué)的研究中。本文主要介紹有限元分析法在腰椎的椎體、間盤、韌帶及肌肉組織中的應(yīng)用,結(jié)合其概念、原理、建模方法等,總結(jié)該方法在新型內(nèi)固定物力學(xué)特性研究中的優(yōu)勢,探討其對不同植骨內(nèi)固定術(shù)式選擇的臨床意義。

針對器件在密封檢測過程中的失效現(xiàn)象,采用abaqus有限元模擬軟件,建立失效器件外殼的密封試驗三維仿真模型,分別對失效結(jié)構(gòu)封裝件和改進(jìn)結(jié)構(gòu)封裝件進(jìn)行密封測試環(huán)境下的應(yīng)力計算分析。計算結(jié)果從理論上解釋了失效結(jié)構(gòu)在密封試驗時易出現(xiàn)嚴(yán)重的因瓷件微裂紋或開裂引起的失效現(xiàn)象。蓋板的結(jié)構(gòu)直接影響外殼整體應(yīng)力的形式,通過結(jié)構(gòu)調(diào)整,封裝件薄弱區(qū)(外殼瓷件區(qū)域)的拉應(yīng)力僅為原結(jié)構(gòu)的63.3%,表明通過蓋板結(jié)構(gòu)的改進(jìn)可有效避免該類失效現(xiàn)象,對封裝可靠性的設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。

潛油泵軸是潛油電泵機組的關(guān)鍵部件,其強度設(shè)計對機組綜合能力的發(fā)揮意義重大。本文對潛油泵軸做了受力分析,并應(yīng)用三維實體模型有限元法對潛油泵軸進(jìn)行了強度分析和計算。計算結(jié)果表明,應(yīng)力較大點主要集中在潛油泵軸的花鍵部位,該部位是潛油泵軸強度的最薄弱點。實踐證明,軸斷部位也基本集中在花鍵根部,說明計算結(jié)果和實際應(yīng)用情況是吻合的。

采用反演法確定了馬氏體不銹鋼410的johnson-cook本構(gòu)方程材料參數(shù).剪切實驗采用的剪切速率為1～5000s-1,溫度為20～1000℃.有限元模擬在abaqus軟件平臺上進(jìn)行.采用johnson-cook模型,施加與實驗相同的初始條件.通過matlab非線性最小二乘法優(yōu)化程序來調(diào)整有限元模型材料參數(shù),找到合適值,使得模擬得到的力-位移曲線與實驗得到曲線相吻合.結(jié)果表明,所得參數(shù)都能很好地代表不銹鋼410在高溫高變形速度下的流動特性,johnson-cook模型不能描述材料破壞階段的行為特征.

目前,國外汽車行業(yè)廣泛采用cad/cae/cam技術(shù)進(jìn)行汽車前后橋的優(yōu)化設(shè)計,這大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期和制造周期,提高了產(chǎn)品的質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本。以某公司主導(dǎo)產(chǎn)品140主減速器油封滲漏油為研究對象,其主要研究內(nèi)容如下:基于ansys軟件,針對油封的具體結(jié)構(gòu),詳細(xì)分析了創(chuàng)建油封有限元模型的具體建模方案與步驟;根據(jù)油封有限元模型,在靜態(tài)下對影響油封唇口接觸壓力大小及分布的因素進(jìn)行分析;分析計算了油封唇口接觸寬度、過盈量、腰部厚度以及油封后唇角大小對油封唇口接觸壓力大小及分布的影響。

采用有限元分析方法對吹瓶機吹塑pet瓶時橡膠密封圈容易出現(xiàn)擠隙現(xiàn)象進(jìn)行了分析,并重新設(shè)計了2種密封結(jié)構(gòu)。有限元模擬分析表明,設(shè)計的2種密封結(jié)構(gòu)減小了密封圈在縫隙內(nèi)的擠出部分,而且能增加接觸面積和接觸應(yīng)力。

針對超彈性密封材料的特點,采用增強的拉格朗日接觸算法,對閥門密封結(jié)構(gòu)中的m形橡膠圈進(jìn)行了非線性有限元分析,給出不同位移壓縮下密封界面上的接觸壓應(yīng)力以評價密封性能,并對影響密封性能的密封基座的工藝因素進(jìn)行了討論,為閥門密封件的設(shè)計、優(yōu)化提供理論依據(jù)。提出了超彈性接觸類問題的有限元求解法,包括模型的簡化、橡膠材料參數(shù)的確定以及如何選用合適的接觸算法。

利用有限元軟件ansys,對隔膜泵橡膠密封圈進(jìn)行有限元建模與計算,得出其工作狀態(tài)下的變形、應(yīng)力及最大接觸壓應(yīng)力,為隔膜泵橡膠密封圈的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。

通過理論分析,得出了單螺桿泵壓力的產(chǎn)生和傳遞規(guī)律。采用有限元方法,建立了單螺桿泵的二維模型,分析了螺桿泵定子橡膠與轉(zhuǎn)子間腔體壓差、腔體壓力以及過盈量對接觸壓力的影響,得出了壓差與接觸壓力、腔體內(nèi)壓力與接觸壓力和最大密封壓力及過盈量與最大壓力的關(guān)系。結(jié)果表明:壓差的增大使接觸壓力增大;腔體內(nèi)壓力的增大使接觸壓力減小,最大密封壓力降低;過盈量的增加使螺桿泵的最大壓力增大。

利用ansys建立了公稱通徑1500mm,公稱壓力15mpa的高壓管線固定球閥殼體和法蘭連接處o形橡膠密封圈密封的二維軸對稱模型,采用五常數(shù)應(yīng)變能密度函數(shù)計算了橡膠材料的mooney-revlin常數(shù),經(jīng)分析得出安裝后的接觸壓力不能保證密封,在施加工作載荷后的接觸壓力大于工作壓力,且小于材料許用壓力,可以保證密封。并分析了相同溝槽、不同截面,不同壓縮率對接觸壓力的影響,槽寬對接觸壓力和槽口倒角半徑對剪切應(yīng)力的影響,結(jié)果表明截面尺寸越大,壓縮率越大,最大接觸壓力就越大。槽寬對接觸壓力沒有影響,槽口倒角半徑前切應(yīng)力的影響較小。

利用有限元軟件ansys對隔膜泵橡膠隔膜密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模與計算,計算得到該結(jié)構(gòu)在工作狀態(tài)下的變形、應(yīng)力以及最大接觸壓應(yīng)力,通過密封結(jié)構(gòu)的最大接觸應(yīng)力失效準(zhǔn)則,為設(shè)計提供參考依據(jù)。并對橡膠隔膜頭部密封尺寸進(jìn)行優(yōu)化,解決隔膜密封結(jié)構(gòu)的密閉性與失效問題。

采用有限單元法對高壓快開盲板中c形侍服密封圈進(jìn)行了接觸邊界、大變形等非線性應(yīng)力分析,應(yīng)用有限元分析軟件ansys建模,分析計算得出密封圈接觸變形、接觸應(yīng)力及其分布情況,獲得了密封圈與盲板筒體之間的接觸壓力分布規(guī)律及其與工作介質(zhì)壓力之間的關(guān)系,從而可以有效地分析c形復(fù)合結(jié)構(gòu)侍服密封圈的密封能力。