橡膠密封制品的有限元模擬與結構優(yōu)化.pdf

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

2、材料科學、液體侵蝕以及機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力的精確研究，在理論上存在較大的困難。但隨著計算機性能的提高，數(shù)值計算方法、材料科學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，它們以其獨特的結構和性能優(yōu)勢被廣泛應用于許多機械設備中，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力分布等進行了分析，從而為進一步可靠設計、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、應力應變非線性行為、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、基礎實驗、橡膠非線性有限元理論進行了研究。以實例的形式從力學等方面對橡膠密封制品進行了有

4、限元分析，研究結果表明有限元技術可以很好的模擬橡膠制品的實際工況，對橡膠制品的力學性能進行預測，對其可靠性進行判斷，從而論證了有限元在橡膠制品優(yōu)化設計方面的可行性，為今后橡膠制品的結構、配方、模具優(yōu)化，耐久性和新產(chǎn)品開發(fā)奠定了基礎。 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)