Abaqus对橡胶密封圈和钢管的限元模型进行压力渗透仿真案例
在阀门、橡胶、钢管等行业，密封件是常见的结构部件，经常需要进行设计仿真，橡胶这种材料由于其柔韧性和密封性对仿真软件性能要求较高，本例采用达索系统Abaqus有限元软件。Abaqus可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。同时Abaqus 可以对密封件进行非线性有限元分析 (FEA)，并使用压力渗透功能验证密封件性能。
Abaqus对密封变形和应力及接触压力分布的仿真
通过仿真分析，工程师可以确定密封变形和应力以及接触压力分布。使用 Abaqus 考虑接触面和密封之间的压力穿透效应，可以使密封研究更加准确。
此功能使用压力渗透选项模拟接触表面之间的流体渗透或压力渗透。气压渗透接头并对形成接头的表面施加压力，直到到达表面的某个区域，其中邻接表面之间的接触压力超过压力渗透选项中指定的临界值，从而阻止进一步渗透。
在本文中，我们将对密封件执行非线性有限元分析，以使用 Abaqus 中的“压力渗透”功能验证其性能。
Abaqus对橡胶密封圈和钢管的限元模型进行压力渗透仿真
为了直观的展示，首先创建了由两种不同材质组件的 3D 模型：绿色橡胶密封件和白色钢管。这两个组件均使用对称支撑条件建模，并在一个或多个端部承受流体或气压。
压力会穿透橡胶密封圈，直到接触面之间的接触压力超过临界值。防止进一步穿透。
材料特性：
橡胶密封圈采用简单的超塑性材料模型，其参数为 C10 = 0.752 和 D1 = 0.026。
通过施加刚体约束，将钢管建模为刚体。
网格划分：
橡胶密封圈和钢棒采用六角单元划分网格，在Abaqus/Standard计算中指定单元类型为C3D8R。
接触特性：
切向行为：摩擦系数为 0.1
正常行为：硬接触
钢管橡胶密封圈的变形分析
第1步：将钢棒向下移动10mm，插入橡胶密封圈中。
第2步：现在我们模拟加压流体从上方进入建模区域并对橡胶密封圈的暴露部分施加压力的效果。
第3步：将钢管在水平方向移动3mm，由于接触条件的改变，使流体压力部分被阻断，部分被导通。
定义压力-渗透相互作用
“接触对”方法用于模拟可能发生压力渗透的接触。
现在可以选择先前定义的接触相互作用，这样主界面和次界面就已经知道了。必须在主表面和次表面上定义一个区域，在该区域上最初施加压力。次表面上的区域是强制性的。
在这种情况下，选择下图中中箭头所指的区域。然后压力自动渗透到第一个密封齿。
同时还必须指定流体压力。这里指的是施加在非接触区域的压力。在本例中，选择 0.05 MPa 的流体压力，该压力在模拟步骤中逐渐增加。
“临界接触压力”决定了邻接表面之间的接触压力的临界值，从而防止进一步渗透。
最后，为橡胶密封圈指定自接触。
可以看到由于压力渗透而对表面施加的压力。软件显示了施加压力的位置及其当前大小。
实验结论
如下图所示，流体压力可以通过接触来停止。
管道横向移动后，左侧第一个密封齿的接触面分离，从而使压力渗透到右侧。但仍然可以维持密闭性能。
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