密封圈是一種常用的密封元器件，具有制造簡(jiǎn)單、使用方便、成本低廉等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于石油化工、機(jī)械和宇航領(lǐng)域。由于橡膠材料具有超彈性能，當(dāng)受到較大外載時(shí)，表現(xiàn)出高度非線性的特性，往往使得密封圈的精確仿真求解十分困難。

ABAQUS 是一套功能強(qiáng)大的工程模擬的有限元軟件，其解決問(wèn)題的范圍從相對(duì)簡(jiǎn)單的線性分析到許多復(fù)雜的非線性問(wèn)題。ABAQUS 包括一個(gè)豐富的、可模擬任意幾何形狀的單元庫(kù)。并擁有各種類(lèi)型的材料模型庫(kù)，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬、橡膠、高分子材料、復(fù)合材料、鋼筋混凝土、可壓縮超彈性泡沫材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料，作為通用的模擬工具， ABAQUS 除了能解決大量結(jié)構(gòu)（應(yīng)力/位移）問(wèn)題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問(wèn)題，例如熱傳導(dǎo)、質(zhì)量擴(kuò)散、熱電耦合分析、聲學(xué)分析、巖土力學(xué)分析（流體滲透 / 應(yīng)力耦合分析）及壓電介質(zhì)分析。

橡膠密封墊的密封性常用表面接觸應(yīng)力大小來(lái)表示，其力學(xué)行為常用超彈性本構(gòu)模型來(lái)描述，同時(shí)橡膠具有黏彈性特性，在長(zhǎng)期受壓狀態(tài)下，會(huì)出現(xiàn)力學(xué)松弛現(xiàn)象。

本篇文章展示ABAQUS軟件在仿真橡膠墊的超彈性變形行為及應(yīng)力松弛現(xiàn)象的功能，應(yīng)力釋放模型采用應(yīng)力釋放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，超彈性模型為Mooney-Rivlin超彈性力學(xué)模型：

在軟件進(jìn)行模型裝配，裝配后如圖1所示。先對(duì)上模具施加位移，待橡膠密封墊片獲得一定應(yīng)力場(chǎng)后再仿真應(yīng)力釋放過(guò)程，分別采用靜力隱身和粘性分析步，然后設(shè)置場(chǎng)變量和歷史變量輸出，分別如圖2和圖3所示。

定義上下模具與橡膠密封墊，摩擦系數(shù)為0.16，定義好之后如圖4所示。定義對(duì)稱(chēng)、強(qiáng)制位移和固定邊界條件，定義好后如圖5所示。對(duì)橡膠墊圈劃分網(wǎng)格，采用自由網(wǎng)格劃分技術(shù)，劃分后如圖6所示，單元類(lèi)型選擇CPE4RH: A 4-node bilinear plane strain quadrilateral, hybrid, constant pressure, reduced integration, hourglass control和CPS4R: A 4-node bilinear plane stress quadrilateral, reduced integration, hourglass control.

創(chuàng)建分析任務(wù)，兩個(gè)單元類(lèi)型設(shè)置兩個(gè)分析步，先后提交計(jì)算，待計(jì)算完成，查看結(jié)果。第一個(gè)分析步結(jié)束后，平面應(yīng)變單元的計(jì)算結(jié)果如圖7和圖8所示，平面應(yīng)力單元的計(jì)算結(jié)果如圖9和圖10所示。第二個(gè)分析步結(jié)束后，平面應(yīng)變單元的計(jì)算結(jié)果如圖11和圖12所示，平面應(yīng)力單元的計(jì)算結(jié)果如圖13和圖14所示。

對(duì)比圖7與圖11、圖8與圖12、圖9和圖13、圖10和圖14不論采用哪種單元類(lèi)型，應(yīng)力應(yīng)變均減小。從圖15和圖16中可以看出，橡膠密封墊在壓縮位移作用下，力非線性增加，應(yīng)力得以釋放后，力先是迅速下降后又平緩降低。該仿真算法及數(shù)值分析為確定密封圈性能提供了參考。