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液压伺服作动器O形密封圈实验研究与有限元分析

作　者: 胡琦
导　师: 赵树山
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 固体力学
关键词: O形密封圈 超弹性体 丁腈橡胶 Mooney-Rivlin常数 有限元
分类号: TH136
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


飞控系统液压伺服作动器的O形密封圈对其密封性能起着至关重要的作用,O形圈的密封性能直接影响着伺服作动器的正常工作,一旦O形圈撕裂破坏,飞控系统就处于瘫痪状态。虽然国内外许多学者对O形圈研究颇多,但结合实际工况条件的研究还尚缺乏,尤其是对O形圈所用橡胶材料的力学性能参数的实验测定方面的资料较少。因此,本文对O形密封圈所用的橡胶材料的力学性能参数的实验测定以及结合实际工况的O形圈有限元分析具有十分重要的意义。首先,结合课题来源以及研究的目的和意义,简单扼要的介绍了O形密封圈的密封原理、密封结构。本文研究O形圈所用的材料橡胶属于超弹性体,具有高度非线性的行为,所以又着重介绍了超弹性体非线性本构理论以及有限元非线性的基本理论。其次,本文对O形圈的有限元ANSYS分析是通过Mooney-Rivlin常数来描述其橡胶的力学行为的。因此本文根据实际工况下的O形丁腈橡胶圈,对丁腈橡胶设计完成了10℃、50℃、90℃的单轴拉伸和平面剪切实验,并查阅相关资料设计完成了等双轴拉伸实验,获得的工程应力应变数据通过MATLAB线性回归和ANSYS曲线拟合计算出Mooney-Rivlin常数。最后,借助ANSYS软件分析了O形密封圈在静压工作状态不同参数下的综合等效应力,即Von Mises应力,它能反映O形圈易出现裂纹的位置以及使用寿命。本文还讨论了油压、压缩率、拉伸率、摩擦系数、沟槽深度以及槽口半径对其密封性能的影响。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-17
  1.1 课题来源  8
  1.2 研究的目的和意义  8-10
  1.3 国内外研究现状  10-11
  1.4 O 形橡胶圈的密封原理  11-15
    1.4.1 O 形圈概述  11-12
    1.4.2 O 形圈密封原理  12-15
  1.5 本文主要研究工作  15-17
第2章 超弹性体的本构理论及有限元理论  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 丁腈橡胶的材料特性  17-19
  2.3 橡胶超弹性体非线性本构理论  19-22
  2.4 Mooney-Rivlin 模型力学性能常数  22-24
  2.5 非线性有限元基本理论  24-29
    2.5.1 大变形问题的有限元单元法  24-28
    2.5.2 接触问题的有限元分析方法  28-29
  2.6 本章小结  29-31
第3章 丁腈橡胶材料特性实验  31-55
  3.1 引言  31
  3.2 实验基本理论  31-33
  3.3 单轴拉伸实验  33-42
    3.3.1 实验原理  33
    3.3.2 试件制备  33
    3.3.3 试件选取  33-35
    3.3.4 试件数量  35-36
    3.3.5 实验仪器  36
    3.3.6 实验结果  36-38
    3.3.7 单轴拉伸实验数据处理  38-42
  3.4 等双轴拉伸实验  42-49
    3.4.1 实验内容  42-43
    3.4.2 试件制备  43
    3.4.3 实验仪器  43-44
    3.4.4 实验结果  44-45
    3.4.5 等双轴拉伸试验数据处理  45-49
  3.5 平面剪切实验  49-53
    3.5.1 实验内容  49-50
    3.5.2 实验结果  50-51
    3.5.3 平面剪切实验数据处理  51-53
  3.6 参数评估  53-54
  3.7 本章小结  54-55
第4章 ANSYS 有限元建模  55-64
  4.1 引言  55
  4.2 实体模型的建立  55-57
  4.3 有限元模型的建立  57-61
    4.3.1 有限元法的基本思想  57-58
    4.3.2 ANSYS 基本假设  58
    4.3.3 ANSYS 计算模型  58-59
    4.3.4 模型参数描述  59
    4.3.5 ANSYS 网格划分  59-60
    4.3.6 接触定义  60-61
    4.3.7 边界条件与加载方式  61
  4.4 ANSYS 相关程序  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章 O 形圈有限元数值模拟  64-77
  5.1 引言  64-65
  5.2 油压对密封性能的影响  65-67
  5.3 压缩率对密封性能的影响  67-68
  5.4 拉伸率对密封性能的影响  68-70
  5.5 摩擦系数对密封性能的影响  70-72
  5.6 沟槽深度对密封性能的影响  72-74
  5.7 槽口半径对密封性能的影响  74-76
  5.8 本章小结  76-77
结论  77-79
参考文献  79-83
致谢  83

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 其他机械元件
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