動密封結構有限元模型建立

      由于本次計算模型為2D平面結構，網格模型以四邊形單元為主，部分網格為三角形單元，鋼結構部件網格大小以0.8mm來劃分網格，密封圈的網格大小為0.7mm，同時為保證計算能更好地收斂，對接觸部位的網格進行了細化。密封結構模型共有17695個單元，36124個節點，具體見圖2所示。

圖 2 選區激光熔化金屬3D打印平臺密封結構及密封圈局部網格模型

整個有限元模型根據實際情況要建立合理的接觸關系，摩擦接觸和綁定接觸。

       仿真模型中零部件所用的材料主要是316不銹鋼和氟膠，316不銹鋼采用Workbench材料庫中的材料參數進行計算，而氟膠采用Mooney-Rivlin模型進行模擬，Mooney-Rivlin模型是一個比較常用的模型，適合于中小變形，一般適用于應變約為100%（拉伸）和30%（壓縮）的情況。

工況說明：在常溫下，動密封分析工況分三個載荷步進行加載，首先完成密封圈與成型缸的預變形，其次考慮成型室作用到密封圈的上壓力，最后整個打印平臺在成型缸內進行上下移動。

 仿真“洞悉”密封方案優缺點

1. 強度分析結果

      通過仿真計算后，我們可以獲得密封圈的最大應力為2.87MPa，并且最大應力位于密封圈與上部彈簧片的頂端接觸位置，這是密封圈受到擠壓后作用到U型彈簧片上造成的，具體可參見圖3所示。

圖 3密封圈的應力結果云圖及局部最大應力放大圖

2. 接觸面積分析結果
      密封圈被擠壓后，密封圈與成型缸之間的接觸面積大小對密封效果起到很大的影響。密封圈1~4齒接觸區域長度分別為0.6mm、0.9mm、0.8mm和0.5mm，具體可參見圖4所示。彈簧片可以有效地增大密封圈與成型缸的接觸面積，有利于密封效果的改善。

圖 4 密封圈1~4齒的接觸區域長度

3. 接觸壓力分析結果
     接觸面上的接觸壓力也是影響密封好壞的重要因素。密封圈與成型缸的最大接觸壓力為0.75MPa，位于第一個齒尖處，說明第一道密封的密封效果較好，能夠有效地阻止金屬顆粒進入密封圈內，具體參見圖5所示。

圖 5 密封圈與成型缸接觸壓力

     通過CAE仿真分析手段，我們能夠快速獲得選區激光熔化金屬3D打印機打印平臺動密封設計方案的相關性能參數，通過對性能參數的對比分析，了解不同動密封設計方案的優缺點，并對方案進行修改完善，選出最優的設計方案，可以大大縮短整個產品的研發周期，降低產品的研發費用。

李新路，車輛工程專業，碩士學位，10多年的汽車行業CAE仿真分析經驗，參與并實施了多個國內汽車整車及零部件的仿真分析咨詢項目，積累了大量的工程仿真分析項目經驗，專長汽車行業內結構CAE分析、整車碰撞分析、乘員約束系統分析、NVH分析以及新能源汽車電池包CAE分析等；同時目前主要參與了多個增材設備結構仿真分析項目。

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