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橡膠密封件因成本低廉、結構簡單及安裝方便等優(yōu)點，在水暖建材行業(yè)得到廣泛應用。本工作以快開閥芯橡膠密封墊的靜密封為例，利用有限元分析軟件對其密封結構建模，計算和分析快開閥芯裝配過程中橡膠密封墊所承受的應力，分析在最大工作介質壓力下橡膠密封墊的密封性能，以期為確定快開閥芯橡膠密封墊的軸向壓縮量提供依據，從而提高橡膠密封墊設計質量，縮短研發(fā)周期。
橡膠材料本構關系的非線性以及橡膠制品應用時的大變形性、接觸非線性邊界條件使橡膠制品的工程模擬難度非常大。模擬的準確性與采用的本構關系模型以及模型中材料參數有密切關系。杭州那泰有限元分析公司選用Mooney-Rivlin模型作為材料的本構模型。根據快開閥芯橡膠密封墊的對稱性，取密封結構的1/4建模。
與橡膠密封墊接觸的表面均視為剛性面，只有橡膠密封墊為變形體，由6024個20節(jié)點六面體單元SOLID186組成，接觸單元為TARGE170和CONTA174。密封是接觸式密封，采用ANSYS軟件提供的Augmented Lagrange接觸迭代算法。采用滑動庫侖摩擦模型，摩擦因數取0.2�？扉_閥芯橡膠密封墊密封約束條件中，A截面上設置xoy平面為對稱面，B截面上設置yoz平面為對稱面，閥殼零件的C面約束所有自由度，底座零件約束外柱面D的圓周和徑向自由度，釋放軸向y方向的自由度，同時向底座零件底面E施加y方向的位移，使橡膠密封墊產生軸向預壓縮。整個過程用來模擬快開閥芯的安裝過程。
橡膠密封墊在裝配時受到軸向預壓縮，形成有效的密封帶，保證快開閥芯在承受工作介質壓力時不會泄漏。軸向壓縮量為0.4mm，0.6mm，0.8mm和1.0mm時橡膠密封墊的VonMise應力分布分別圖可以看出：隨著軸向壓縮量增大，應力較大的區(qū)域位置未發(fā)生變化，基本都在上、下接觸面和圓圈標識處；隨著軸向壓縮量增大，應力增大。在較大應力作用下，橡膠會發(fā)生不可恢復的永久變形或材料失效，影響橡膠制品的密封性能。
從橡膠密封墊最大VonMise應力與軸向壓縮量的關系可以看出，最大應力與軸向壓縮量呈非線性關系；隨著壓縮量增大，最大應力增長率增大，即曲線斜率增大。
橡膠密封的失效準則和失效判據目前普遍采用的是最大接觸應力大于工作壓力，根據美國衛(wèi)浴排水產品標準ASMEA112.18.2-2011-CSAB125.2-11，水龍頭承受的最高工作水壓為0.86MPa。因此，為保證快開閥芯能承受0.86MPa工作水壓，橡膠密封墊上、下接觸面的接觸應力要大于0.86MPa。根據快開閥芯軸向裝配尺寸計算，橡膠密封墊的最小軸向壓縮量一般為0.4mm。因此，在快開閥芯工作水壓為0.86MPa和橡膠密封墊軸向壓縮量為0.4mm時，橡膠密封墊上、下接觸面的接觸應力大于0.86MPa才能保證快開閥芯的密封性能。為了研究橡膠密封墊的密封性能，模擬了快開閥芯工作水壓為0.86MPa和橡膠密封墊軸向壓縮量為0.4mm時橡膠密封墊上、下接觸面的接觸應力。從中可以看出，接觸面中接觸區(qū)域的接觸應力大于工作壓力，接觸區(qū)域越長說明橡膠密封墊的密封效果越好。
綜上所述，設計合理的橡膠密封墊安裝過盈量非常重要，既能保證密封，又能使橡膠密封墊的應力盡量小，以保證橡膠密封墊較長的使用壽命。
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