高压水阀U形密封圈失效分析与模拟研究

"高压大流量水阀U形密封圈失效机理 (2013年)" 在高压大流量水阀操作中，U形密封圈扮演着至关重要的角色，它确保了阀门的密封性能，防止液体泄漏。这篇论文深入探讨了U形密封圈的失效机理，通过对密封圈的受力分析，揭示了影响其工作状态的关键因素。作者们选取了Mooney-Rivlin模型来描述橡胶材料的非线性力学特性，这是一种常用于模拟橡胶弹性行为的理论模型，能够准确地反映橡胶在大应变下的应力应变关系。 借助ANSYS/LS-DYNA软件，研究人员进行了三维非线性接触动力学仿真，模拟了阀杆的往复运动对密封圈应力状况的影响。他们发现，介质压力、阀杆的运动速度和方向、表面摩擦因数以及阀杆径向受力等参数都会对密封圈的应力状态产生显著影响。例如，静态条件下，密封圈的最大应力可比介质压力高出8-10 MPa，这表明在无动态运动时，密封圈就已经承受了较大的负荷。 在阀杆正向运动时，密封圈的最大应力会受到表面摩擦因数的显著影响，但依然保持在安全范围内，不会导致立即失效。然而，当阀杆反向运动时，情况有所不同，此时密封圈的最大应力主要由滑动速度决定，这可能导致密封性能下降。另外，如果阀杆发生摆动，密封圈的最大应力会随着径向力的增加近似正比增大，进一步加剧了密封圈的疲劳。 实验结果显示，U形密封圈的沟槽、内唇口以及底孔边缘是应力集中最严重的区域，这些部位容易成为密封圈失效的起点。通过对比仿真结果与实际失效特征，论文验证了模型的准确性，为理解和预防高压大流量水阀密封圈的失效提供了理论依据，对于优化阀门设计和提高其工作寿命具有重要指导意义。 关键词: 高压大流量、U形密封圈、Mooney-Rivlin模型、失效机理 中图分类号: TH114 文献标志码: A 文章编号: 1672-7207(2013)03-0942-07 该研究不仅对工程实践有实际应用价值，也为材料科学和流体机械领域的学者提供了深入理解密封技术的理论参考。通过细致的分析和精确的仿真，为解决高压大流量水阀密封问题提供了新的视角和方法。