基于ABAQUS的橡胶密封圈大变形仿真分析

1背景及意义

橡胶密封圈广泛应用于密封结构中，诸如金属管道连接处的密封、混凝土框架横梁之间的润滑密封等。橡胶圈的材料选取、形状的设计及受力大小对其密封性能有很大的影响，然而在实际压缩试验过程中很难观测到其受力变形的瞬态大变形行为。通过ABAQUS有限元分析可以得到橡胶圈的受力变形过程，对产品的设计及优化具有较大的帮助，也有利于缩短研发周期，降低经济成本。

2模型建立

模型采用常用的橡胶材料与模具装配模型，如图1所示。整个建模过程与后续的有限元分析中均采用统一的mm单位制。

图1 模型基本尺寸

3有限元分析

本案例的有限元分析是在ABAQUS 2017平台上全程进行的。运用Standard/Explicit分析模块，之后进入Part模块创建上述分析模型。建立的有限元模型如图2所示。模型中主要涉及两种材料模型，橡胶本构已经很成熟了，选用超弹性Mooney-Rivlin本构，模具使用钢铁本构，输入基本的物理参数即可。橡胶圈及钢铁本构参数分别如图3、4所示。之后定义接触及边界条件完成有限元模型的前处理操作。

图2有限元模型

图3橡胶圈本构参数

图4模具本构参数

4结果与讨论

模型的后处理操作是在Abaqus/CAE的Visualization模块，模型求解完成后对云图只显示材料填充区域云图，此时，橡胶材料就从一开始的圆形被压缩成类似于矩形的形状，如图5所示。

图5应力云图

5结论

本案例针对橡胶圈进行了一个简单的大变形分析，从应力云图来看，仿真结果很好模拟了橡胶圈在压缩时候的大变形行为，后续可以单独提取最大变形处的应力应变曲线等，对产品的设计有一定的参考意义。