應(yīng)用 | ANSYS在密封墊圈分析中的應(yīng)用

2017-03-10 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

大金工業(yè)株式會(huì)社不僅是世界著名的空調(diào)和電冰箱領(lǐng)先制造商,而且是氟化物領(lǐng)域的先鋒,主要產(chǎn)品包括氟橡膠、含氟聚合物和碳氟化合物。大金工業(yè)株式會(huì)社憑借其在該領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)為產(chǎn)品打開(kāi)了全新的市場(chǎng)。例如,含氟聚合物正在取代橡膠成為新一代高能效電動(dòng)汽車中鋰離子電池電極墊圈的首選化合物。

隨著汽車行業(yè)市場(chǎng)對(duì)含氟聚合物墊圈需求的增加,評(píng)估和改善密封性能就成為大金工業(yè)株式會(huì)社工程師面臨的重要問(wèn)題。ANSYS 軟件不僅幫助他們分析由NEOFLONTMPFA 化合物制成的墊圈性能,還幫他們?cè)O(shè)計(jì)出更好的墊圈。

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傳統(tǒng)上而言,在使用時(shí)墊圈的傾斜角(θ) 為0 度,這樣就不存在傾斜而且橫截面厚度一致。由于制作和測(cè)試物理原型所需時(shí)間長(zhǎng),因此很少有人研究改變墊圈傾斜角度的影響,而且物理測(cè)試的限制意味著工程師不得不依靠試錯(cuò)法來(lái)改善設(shè)計(jì)方案。大金工業(yè)株式會(huì)社的工程師假定可以使用計(jì)算機(jī)仿真更好地理解壽命相關(guān)變化的影響,并了解如何改變墊圈的形狀和傾斜度能夠改善PFA 墊圈的效率和使用壽命。

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他們采用ANSYS結(jié)構(gòu)力學(xué)解決方案來(lái)仿真在極高溫度環(huán)境下將汽車鋰離子電池墊圈壓入到位所產(chǎn)生的排斥力。墊圈、填隙栓和封蓋圍繞軸線對(duì)稱,而且上部(或上部與下部一起)相對(duì)于水平面傾斜。仿真密封圈所用方法是對(duì)著墊圈的下部按壓填隙栓,對(duì)著墊圈的上部按壓封蓋。密封性能的改善程度與墊圈對(duì)密封圈的排斥力大小成正比。

大金工業(yè)株式會(huì)社的工程師利用基于米塞斯屈服準(zhǔn)則的各向同性硬化型多線性彈塑模型對(duì)PFA 的材料屬性進(jìn)行建模;然后他們利用經(jīng)過(guò)修改的時(shí)間硬化型模型來(lái)仿真60 ℃下,200,000 小時(shí)后的蠕變特性。然后虛擬測(cè)試不同傾斜角下各種橫截面的墊圈設(shè)計(jì),并確定每個(gè)墊圈設(shè)計(jì)和傾斜角的排斥力。他們發(fā)現(xiàn)墊圈向外轉(zhuǎn)并且墊圈兩個(gè)部分的傾斜角增加能產(chǎn)生更大的排斥力,因此與無(wú)傾斜角的傳統(tǒng)形狀相比,所獲得的密封性能更佳。

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同時(shí)進(jìn)一步分析了時(shí)間對(duì)各種傾斜角下應(yīng)力分布的影響,并通過(guò)對(duì)比最終確定了最佳設(shè)計(jì)方案是讓墊圈的兩個(gè)部分都傾斜至+θ。基于應(yīng)力分布的信息,可以進(jìn)一步分析墊圈的使用壽命情況。

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利用通過(guò)ANSYS 仿真得到的信息,大金工業(yè)株式會(huì)社的工程師開(kāi)發(fā)出了一種正在申請(qǐng)專利的代表性設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)在以前是無(wú)法想象的,能夠?qū)|圈生命周期過(guò)程中的密封性能提高20%。他們將評(píng)估時(shí)間從制造和測(cè)試物理模型所需的兩個(gè)月縮短至半天時(shí)間。

大金工業(yè)株式會(huì)社不斷仿真新的墊圈設(shè)計(jì)以及含氟聚合物產(chǎn)品的其它創(chuàng)新技術(shù),因此得以將業(yè)務(wù)擴(kuò)展到新的市場(chǎng)領(lǐng)域。