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 动密封结构有限元模型建立

      由于本次计算模型为2D平面结构，网格模型以四边形单元为主，部分网格为三角形单元，钢结构部件网格大小以0.8mm来划分网格，密封圈的网格大小为0.7mm，同时为保证计算能更好地收敛，对接触部位的网格进行了细化。密封结构模型共有17695个单元，36124个节点，具体见图2所示。

图 2 选区激光熔化金属3D打印平台密封结构及密封圈局部网格模型

整个有限元模型根据实际情况要建立合理的接触关系，摩擦接触和绑定接触。

       仿真模型中零部件所用的材料主要是316不锈钢和氟胶，316不锈钢采用Workbench材料库中的材料参数进行计算，而氟胶采用Mooney-Rivlin模型进行模拟，Mooney-Rivlin模型是一个比较常用的模型，适合于中小变形，一般适用于应变约为100%（拉伸）和30%（压缩）的情况。

工况说明：在常温下，动密封分析工况分三个载荷步进行加载，首先完成密封圈与成型缸的预变形，其次考虑成型室作用到密封圈的上压力，最后整个打印平台在成型缸内进行上下移动。

 仿真“洞悉”密封方案优缺点

1. 强度分析结果

      通过仿真计算后，我们可以获得密封圈的最大应力为2.87MPa，并且最大应力位于密封圈与上部弹簧片的顶端接触位置，这是密封圈受到挤压后作用到U型弹簧片上造成的，具体可参见图3所示。

图 3密封圈的应力结果云图及局部最大应力放大图

2. 接触面积分析结果
      密封圈被挤压后，密封圈与成型缸之间的接触面积大小对密封效果起到很大的影响。密封圈1~4齿接触区域长度分别为0.6mm、0.9mm、0.8mm和0.5mm，具体可参见图4所示。弹簧片可以有效地增大密封圈与成型缸的接触面积，有利于密封效果的改善。

图 4 密封圈1~4齿的接触区域长度

3. 接触压力分析结果
     接触面上的接触压力也是影响密封好坏的重要因素。密封圈与成型缸的最大接触压力为0.75MPa，位于第一个齿尖处，说明第一道密封的密封效果较好，能够有效地阻止金属颗粒进入密封圈内，具体参见图5所示。

图 5 密封圈与成型缸接触压力

     通过CAE仿真分析手段，我们能够快速获得选区激光熔化金属3D打印机打印平台动密封设计方案的相关性能参数，通过对性能参数的对比分析，了解不同动密封设计方案的优缺点，并对方案进行修改完善，选出最优的设计方案，可以大大缩短整个产品的研发周期，降低产品的研发费用。

李新路，车辆工程专业，硕士学位，10多年的汽车行业CAE仿真分析经验，参与并实施了多个国内汽车整车及零部件的仿真分析咨询项目，积累了大量的工程仿真分析项目经验，专长汽车行业内结构CAE分析、整车碰撞分析、乘员约束系统分析、NVH分析以及新能源汽车电池包CAE分析等；同时目前主要参与了多个增材设备结构仿真分析项目。