基于Simdroid®(伏图®)的橡胶密封圈有限元分析


几何

为一个轴对称结构,包含三个部件,左右两个部件为钢,中间圆形部分为橡胶件。

基于Simdroid橡胶密封圈的有限元分析
几何和网格

网格

钢部分采用一阶三角形轴对称单元 Tri3Axis,橡胶部分为一阶四边形轴对称杂交元 Quad4AxisH单元。橡胶部分剖分成结构化四边形,其它部分自由剖分,接触面处控制网格尺寸为0.05 mm。总单元数1415,橡胶部分单元数640。

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网格尺寸

材料

钢:弹性模量 2.06e11 Pa,泊松比 0.3;

橡胶:Mooney Rivlin 超弹性,C10 = 4.907e5 Pa,C01 = 6.39e4 Pa,D1 = 0 Pa^-1。因为D为0表示材料为完全不可压缩,对应的单元类型需要选择应力杂交元 Quad4AxisH。

接触

设置一对面面接触,主面选择钢边界,从面选择橡胶边界,库伦摩擦系数0.1。

边界与荷载

左侧对称轴上约束Ux = 0,右侧钢部件下边界固定约束。注意左侧边界在对称轴上,该约束实际上不需要显式设置。

分成两个通用静力分析步,打开几何非线性,第一步对左侧结构上边界施加Uy = -1 mm的指定位移,第二步保持位移不变,对橡胶下表面施加压力 5e5 Pa。

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边界与荷载

计算结果

与其他软件的结果对比:


Simdroid某商业软件
最大Mises应力1.064 MPa1.045 MPa

各个时刻的应力云图为:

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0.505时刻Mises应力云图
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1.0时刻Mises应力云图
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2.0时刻Mises应力云图
基于Simdroid橡胶密封圈的有限元分析
2.0时刻橡胶静水压力云图

应力杂交单元采用独立的压力作为自由度,可以输出静水压力,选择橡胶顶点绘制压力随时间变化的曲线为:

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在Simdroid软件的后处理中,对于曲线图标可以编辑其标题、图例、字体等内容。

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软件版本:Simdroid 4.3



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