橡膠密封制品的有限元模擬與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、本文首先回顧了CAD/CAE技術(shù)，以及CAD/CAE技術(shù)的現(xiàn)狀和趨勢，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計模式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，CAE技術(shù)已經(jīng)成為整個設(shè)計過程的一部分，并發(fā)揮著關(guān)鍵作用。橡膠由于其特殊的性能和低廉的價格被應(yīng)用于各行各業(yè)，起著重要作用，所以對橡膠制品進(jìn)行有限元分析有著重要的意義。 橡膠密封件廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備中，其性能的好壞直接影響設(shè)備的正常工作，有時密封件失效會引起重大事故。橡膠密封件的設(shè)計涉及到固體力學(xué)、摩擦學(xué)、高分子

2、材料科學(xué)、液體侵蝕以及機(jī)械制造工藝等多方面的理論知識，因而對橡膠密封件在安裝和使用中的變形及密封界面上接觸應(yīng)力的精確研究，在理論上存在較大的困難。但隨著計算機(jī)性能的提高，數(shù)值計算方法、材料科學(xué)以及大型有限元分析軟件的發(fā)展，使研究人員利用非線性有限元軟件進(jìn)行密封件在安裝和使用中高度非線性接觸問題成為現(xiàn)實，并取得了一些研究成果。橡膠O形圈和油封是最常見的密封件，它們以其獨特的結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于許多機(jī)械設(shè)備中，利用大型非線性有限元分析

3、軟件MSC.MARC，建立了橡膠O形密封圈和油封軸對稱有限元模型，對其安裝和使用過程中的接觸變形、接觸寬度上的接觸應(yīng)力分布等進(jìn)行了分析，從而為進(jìn)一步可靠設(shè)計、優(yōu)化橡膠密封件提供了理論依據(jù)。 橡膠是一種特殊的材料：承受大的變形、應(yīng)力應(yīng)變非線性行為、粘彈性行為和不可壓縮性，對其分析需要特殊的材料模型和有限元工具。本文對橡膠非線性材料的超彈性模型、基礎(chǔ)實驗、橡膠非線性有限元理論進(jìn)行了研究。以實例的形式從力學(xué)等方面對橡膠密封制品進(jìn)行了有

4、限元分析，研究結(jié)果表明有限元技術(shù)可以很好的模擬橡膠制品的實際工況，對橡膠制品的力學(xué)性能進(jìn)行預(yù)測，對其可靠性進(jìn)行判斷，從而論證了有限元在橡膠制品優(yōu)化設(shè)計方面的可行性，為今后橡膠制品的結(jié)構(gòu)、配方、模具優(yōu)化，耐久性和新產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 通過對橡膠制品的各個方面的有限元分析，有助于增加產(chǎn)品和工程的可靠性；在產(chǎn)品的設(shè)計階段發(fā)現(xiàn)潛在的問題；經(jīng)過分析計算，采用優(yōu)化設(shè)計方案，降低原材料成本；縮短產(chǎn)品投向市場的時間；模擬試驗方案，減少試驗次數(shù)