TASK

橡胶是密封件常用的材料之一。天然橡胶在常温下具有较高的弹性和非常好的机械强度，滞后损失小，在多次变形时生热低，因此其耐屈挠性也很好，并且因为是非极性橡胶，所以电绝缘性能良好。

因为橡胶具有超弹特性，而且密封状态下橡胶形变量较大，实验很难检测其详细的密封状态，通过仿真计算密封件的密封过程是其研发过程中的重要措施。

SOLUTION

ANSYS作为功能齐全的通用有限元计算软件，具有较强的非线性计算功能。在橡胶密封计算时，往往需要考虑如下细节问题：

• 超弹性材料本构关系的选取；

• 对于不可压缩材料，如何避免体积不协调问题；

• 接触非线性问题，如何处理密封件与密封设备的接触、密封件的自接触问题；网格畸形问题，大变形结构，如何保证单元不发生畸形现象；网格的细化问题，如何处理橡胶挤入细小狭缝的问题；

• ......

针对上述问题，ANSYS有独特的处理方法，如

• 针对超弹性材料的变形程度，ANSYS提供了多个不同的超弹性本构模型供选择，如Ogden、Mooney-Rivlin、Neo-Hookean、Yeoh、Blatz-Ko、Arruda-Boyce等材料模型。这些模型的参数可以由实验测得的单轴拉伸、单轴压缩、双轴压缩、剪切等曲线拟合得出本构关系参数，而且ANSYS自带拟合程序。

• ANSYS的单元具备混合U/P单元，针对不可压缩或近似不可压缩材料专门设定了关键字选项。

• ANSYS具备自动识别接触对功能，非常方面地建立接触行为。另外， ANSYS最近几个版本中已经增加了通用接触功能（跟LS-Dyna的通用接触类似，General Contact），软件可以自动识别体与体之间的接触行为，用户不用担心接触面是否遗漏的问题。

• 针对网格质量问题，ANSYS Mechanical加入了网格质量云图显示，可以直观观察网格质量，再加上网格手动编辑功能，方便建立高质量的网格。

• 针对网格细化问题，ANSYS可以通过网格重划分和自适应网格两种方法来调整。也可以将变形后的几何（某一个收敛的子步导出）导入ICEM或Meshing进行二次网格重划分，再导入MAPDL进行插值计算。

• 针对流体压力的添加问题，ANSYS可以根据每次迭代计算所得的接触压力，判断何处加流体压力，不需要人为判断压力添加区域。

接触对与通用接触的反力对比

接触对与通用接触的接触压力对比

网格重划分应用

流体压力加载自动识别

BENEFIT

（1）通过密封仿真计算，可以在产品研发阶段发现密封件的密封性能，为产品设计和改进提供指导。

（2）实验方法很难精确检测各个部位的密封状态，仿真可以直观的观察流体压力的分布及密封件的受力情况，同样可以较大程度节省实验成本。

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