EXPERIMENTAL STUDY ON THE LOAD DECAY AND ITS EFFECT ON LEAK RATE OFO-RING

Experimental studies on load decay and leak rate of O-rings made of two kindsof silicone rubber are conducted. The results show that the characteristic of load decay isrelative to the material and temperature of O-rings; the rate of load decay increases with the riseof temperature; the effects of load decay on leak rate of O-rings are negligible at roomtemperature, but they are notable at high temperature, and they are related to the material ofO-rings. On the basis of study on the theory of load decay and analysis to the results ofexperiments, a theoretical model is developed to describe the load decay characteristic of O-rings,and it matches the experimental data very well. By the study of time-temperature equivalence of loaddecay, the interconvertting equation of test data of load decay at different temperatures isobtained.

O-ring橡胶密封圈的耐老化性能研究

通过自然老化、加速老化和介质老化对手表丁腈橡胶O-ring密封圈的耐老化性能进行研究。结果表明,经过40个月常温下自然老化后,O-ring密封圈老化性能未完全失效;在60℃、85℃和100℃三种温度下的加速老化下,24h内对老化性能影响较大,随着加速老化时间的延长,开始进入缓慢老化阶段;其耐盐雾腐蚀性能较好,此外,酒精浸泡30min,对O-ring密封性能无影响。

硅橡胶“O”形密封圈Mooney-Rivlin模型常数的确定

依据非线性力学理论,用工程实用的测试方法,对硅橡胶材料单轴拉伸力学行为进行了测试,通过对测试结果的拟合处理,得到了四参数的Mooney-R ivlin模型常数,模型曲线与实测应力应变曲线吻合较好。采用该模型常数对硅橡胶“O”形密封圈工作状态的变形和应力进行了有限元分析,加深了对其密封性能的了解,对密封结构的设计分析具有一定的指导意义。

耐冷媒O-型圈的研制

通过考查不同橡胶的耐冷媒性能,研究了作为压缩机遮流板与定涡旋之间起密封作用O-型圈的机械性能,老化性能及密封性能;并进行了6个月的装机试验,研究了O-型圈装机应用时间对密封稳定性的影响,及对压缩机性能影响的关系。研究结果表明:所研制的胶料及产品的性能完全满足压缩机遮流板与定涡旋之间的密封要求。

基于ANSYS的O形圈活动量对密封性能影响探究

以某飞机某部位作动筒渗漏和密封圈扭转断裂的故障为切入点,利用有限元分析软件ANSYS建立O形橡胶密封圈(简称O形圈)的二维轴对称模型,对装配阶段和静压阶段下不同配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度、圆柱度和偏载对密封性能的影响进行分析。结果表明:在一定范围内,配合间隙、沟槽深度、沟槽宽度对密封性能影响较大,而圆柱度和偏载对密封性能影响较小;在允许的范围内,较小的配合间隙、合适的沟槽深度和宽度能够得到优异的密封性能。该作动筒的O形圈发生渗漏和扭转断裂的原因为密封槽宽度偏大,综合考虑,对密封槽宽度进行改进能够有效提升O形圈的密封性能。

O型橡胶密封圈动密封应力分布数值模拟研究

O型橡胶密封圈是航空航天密封机构中一个重要的零部件,由于其服役工况条件复杂,极易出现密封失效进而影响机构系统的正常运行。本文针对O型密封圈的选型及动密封失效问题,基于ABAQUS建立了O型橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析了不同橡胶材料O型密封圈在往复运动时的应力变化,探究了压缩率、摩擦因数、介质压力对其密封性能的影响,并对其在往复运动中的失效形式和失效位置进行了预判。研究表明,相比于三元乙丙橡胶和氟橡胶,相同条件下丁腈橡胶密封圈密封性能较好;预压缩的过程中,O型橡胶密封圈被压缩而发生变形呈鼓形,最大Von Mises应力出现在密封圈与密封凹槽和活塞轴接触位置。往复运动过程中,随着压缩率、摩擦因数和介质压力的增大,O型橡胶密封圈的最大Von Mises应力和最大接触应力都随之增大;当行程结束时,其最大Von Mises应力值达到一个峰值,且摩擦因数越大,峰值越大;最大Von Mises应力和接触应力都会随着介质压力的增大而增大,在活塞拐角处较容易发生应力集中现象。本研究可为O型橡胶密封圈的材料选择及动密封的参数调控提供理论依据。

橡胶O形圈密封结构老化状态的随机振动分析

为研究橡胶密封结构老化状态的无损、在线、定量检测方法,基于有限元法建立橡胶O形圈密封结构的有限元模型,使用输入材料参数的方式达到了等效模型不同老化状态的目的,通过模态分析总结固有频率与老化状态间的变化规律,采用脉冲激励试验证明有限元模型的正确性。随后,基于模态分析完成了压缩率为14.3%的随机振动分析,总结了响应功率谱与老化状态间的变化规律。研究结果表明:建立的有限元模型能揭示结构老化状态响应特性的变化情况,为研究其老化状态的无损、在线、定量检测方法提供了先验性知识。

一种橡胶O形圈密封性能试验装置及方法

O型橡胶密封圈具有拆装方便、价格低廉等优点,而且在耐油、耐酸碱、耐磨、耐化学腐蚀等环境条件下仍然具有良好密封、减震作用,因此被广泛应用于航空发动机领域。其密封性能是重要的使用指标,但是现有检测方法不能直观表征O型圈的密封性能或结果不准确,本文提出了一种新型橡胶O型圈密封性能试验装置与方法,简称重量法,该方法的试验装置结构便捷,检测精度高。

硫化体系对丁腈橡胶动密封O形圈的影响

研究不同硫化体系对丁腈橡胶动密封O形圈的影响。结果表明:4种硫化体系中,对于耐热老化性能和耐压缩永久变形性能,DCP、DCP/S并用硫化体系较好,EV硫化体系次之,CV硫化体系最差,耐动态疲劳性能则与上述规律相反。在高温模拟试验运用中,EV硫化体系各项指标综合最优。

丁腈橡胶O形圈往复密封性能实验研究

根据《用于评估液压往复密封应用的标准试验方法》设计往复密封标准试验台,能够对不同类型的密封环进行整环测试;对不同工况下的丁腈橡胶O形圈进行实验研究,并与工程解进行比较和分析,结果具有较好的一致性。结果表明:丁腈橡胶的力-位移响应滞后性很明显;同样的工况条件下,润滑油的润滑与减摩效果优于去离子水;在小压差范围内,随压力增加,摩擦力基本呈线性增加;随往复速度增加,摩擦力会逐渐增大,但增长率会逐渐变小,直至滑动摩擦力达到稳定值。

机械密封橡胶O形圈密封性能的有限元分析

采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对在机械密封沟槽中单侧受限丁腈橡胶O形圈的密封性能进行了数值计算,重点研究了预压缩率和介质压力对O形圈接触应力、接触宽度和峰值应力的影响。模拟计算结果表明:计算值与Lindley半经验公式值和Wendt实验值较为一致;O形圈预压缩率对主接触面上的接触应力分布有较大影响,而对受限侧接触面上的接触应力分布影响较小;预压缩率越大主接触面上峰值应力越大,而侧接触面上峰值应力基本不变;介质压力作用会对O形圈产生二次压缩,介质压力越大,主接触面和侧接触面上的峰值应力越大。被预压缩橡胶O形圈承受介质压力时,具有"自紧密封"特性,接触应力曲线具有抛物线特性;较小的O形圈预压缩率可以产生较大的接触应力。因此,建议机械密封O形圈的预压缩率不宜过大,以满足机械密封补偿环浮动性和端面追随性的要求。

橡胶O型圈的抗酸性介质腐蚀性能

在压力为60 MPa、温度为175℃、气相组成(体积分数)H2S 20%、CO25%、CH475%的苛刻环境中,通过比较氟碳橡胶、氟硅橡胶和四丙氟橡胶3种橡胶O型圈经酸性介质腐蚀后的外形尺寸、质量与体积变化率、物理机械性能,研究了3种橡胶O型圈的抗腐蚀性能。结果表明,酸性介质腐蚀后四丙氟橡胶O型圈的几何尺寸、质量和体积以及邵尔A硬度的变化率明显低于其余2种橡胶,腐蚀后拉伸强度和扯断伸长率远大于其余2种橡胶,说明四丙氟橡胶具有良好的抗酸性介质腐蚀性能;氟碳橡胶和氟硅橡胶在气相、液相腐蚀介质中均出现鼓泡现象,发生塑性变形且溶蚀较严重,四丙氟橡胶在气相腐蚀介质中出现鼓泡现象,而在液相腐蚀介质中未发现鼓泡现象,且在2种腐蚀介质中均未出现溶蚀现象。

机械密封用O形橡胶密封圈微动特性

采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对机械密封用O形丁腈橡胶圈进行了轴对称有限元分析,重点考察了位移幅值、介质压力、压缩率及摩擦系数对其微动特性的影响.结果表明:随着位移幅值的增加,O形圈在微动界面上可呈现黏着、混合黏滑和完全滑移3种不同的接触状态;介质压力、压缩率及摩擦系数对O形圈的微动运行行为有重要影响;混合黏滑状态下O形圈密封界面摩擦力的显著波动会影响浮动环的浮动性;滑移状态下O形圈伴随着较高的Von Mises应力易导致其发生剪切破坏、表面磨损加剧;而在黏着状态下O形圈的综合性能最佳.因此,应避免O形圈运行于混合黏滑状态,压缩率取10%左右,并降低摩擦系数,以减缓其表面磨损和剪切破坏并满足补偿环浮动性和追随性.

O形橡胶密封圈应力与接触压力的有限元分析

利用大型有限元软件ANSYS对O形橡胶密封圈在不同压缩率和油压下的变形与受力情况进行了分析研究,得出了相应情况下范.米塞斯(Von M ises)应力分布及接触压力与最大接触压力的变化关系。结果表明:随着油压的增加,范.米塞斯(Von M ises)应力相应增加,且应力峰区也相应改变,说明O形圈可能出现裂纹的位置是随着油压而变化的;O形橡胶密封圈与轴之间的最大接触压力随着压缩率、油压的增加而增加,在不同油压作用下,最大接触压力始终大于油压,满足O形圈的密封条件。

橡胶O型圈耐CO_2腐蚀测试及适用性评价

在高含CO2油气田作业中,橡胶O型圈的适用性对油气田的生产安全具有一定影响。以往橡胶O型圈的相关研究只是在自由状态,而在实际工况下,橡胶O型圈通常处于压应力状态。为此,自行设计了一种检测承压状态下橡胶密封件耐腐蚀和密封性能的装置,在压力为35 MPa、温度为140℃、气相组成为5%CO2和95%N2的环境中,对4种橡胶材料的O型圈进行了耐CO2腐蚀实验。通过比较它们在腐蚀前后物理性能和形貌的变化,对其在此环境中的适用性做出了评价。研究发现,腐蚀后O型圈的物理性能下降;在承压状态下的腐蚀程度比自由状态下弱,并且,在承压状态下,液相腐蚀比气相腐蚀弱,而自由状态下则相反;腐蚀后O型圈发生溶胀老化等现象,引起密封失效。此项研究为高温高压高含CO2油气田上油气井橡胶密封件的选材和使用提供了参考依据。

丁腈橡胶O形圈密封性能试验研究

研制一种静环用O形圈性能试验装置,该装置利用步进电机通过螺旋差动机构对芯轴施加轴向载荷,实现被测O形圈的四面受压,进而可模拟静环与静环座O形圈的密封。基于该装置在不同工况下对丁晴橡胶O形密封圈密封面之间的接触应力和泄漏量进行实验测量。结果表明:O形密封圈在预压缩率一定的情况下,接触应力随着工作介质压力的增大而增大;在工作介质压力一定的情况下,接触应力随着预压缩率的增大而减小,但减少的幅度并不大;O形密封圈的内径对其在不同工况下的接触应力有一定的影响,但影响不大。

承压状态下氟橡胶O型密封圈耐酸性介质腐蚀性能

通过考察自由状态及承压状态下的三种氟橡胶O型密封圈在酸性介质中腐蚀前后的几何尺寸、力学性能以及形貌的变化,对其耐酸性介质腐蚀性能做出了综合评价。结果表明:腐蚀后,氟橡胶O型密封圈的拉伸强度、拉断伸长率、硬度减小,几何尺寸发生变化;O型密封圈在承压状态下的腐蚀程度比自由状态下的轻;在承压状态下,液相腐蚀比气相腐蚀轻,而自由状态下则相反;腐蚀后O型密封圈会产生塑性变形、局部鼓泡、开裂等现象。

基于Odgen模型O型橡胶密封圈的大变形接触分析

利用大型非线性有限元软件MSC.Marc,基于橡胶类材料单轴拉伸所得到的应力应变曲线,通过数据拟合确定Odgen模型的材料参数。建立O型橡胶密封圈非线性有限元计算模型,分析不同的介质压力对橡胶密封圈力学性能的影响,得到橡胶密封圈的Von-mises应力的分布规律、主接触面以及侧接触面接触应力的分布曲线。研究结果表明:随着介质压力的增加,Von-mises应力随之增加,并向密封圈与沟槽的接触区域转移。在主接触面和侧接触面接触应力的分布近似为二次抛物线,接触应力的最大值出现在接触区的中点,随着介质压力的增加,接触应力的峰值和接触宽度明显增加,且应力峰值均大于介质压力,能够较好地防止介质的泄漏。

丁腈橡胶O形圈的静密封及微动密封特性

利用有限元软件Abaqus建立丁腈橡胶O形圈的轴对称有限元分析模型,分析丁腈橡胶O形圈作为静密封和微动密封时的性能参数。研究表明,O形圈作为静密封时,当流体压力达到6 MPa以上时,必须使用挡圈来避免装配间隙倒角处的剪切失效并提高O形圈的工作压力;在微动密封内外行程中,O形圈的Von Mises应力分布存在较大差异,极值位置变化趋势相反,并且内外行程分别存在一随流体压力增加而增加的固定临界黏滑位移,微动位移小于该值时,O形圈处于黏滑状态,微动位移大于该值时,O形圈发生完全滑动;压缩率增加时,O形圈往复运动过程中受到的滑动摩擦力会急剧增加,在保证密封性的基础上,压缩率取值不宜过大。

应力松弛下橡胶O形密封圈的有限元分析

建立了橡胶O形密封圈与沟槽接触的平面轴对称非线性有限元分析模型,利用MSC.Marc有限元软件,分析了O形密封圈安装过程中,不同压缩率对接触应力的影响以及考虑应力松弛过程下使用的应力分布。数值结果表明,在没有油压下,应力松弛前后O形密封圈接触界面上的应力分布呈抛物线;应力松弛后,O形密封圈中的最大接触应力有明显降低,在200 s内应力衰减较快。在应力松弛1年并施加油压后,接触界面上的应力分布变化较大,但最大接触应力仍都大于油压,该O形密封圈使用可靠。