文档介绍：硕士学位论文

液压伺服作动器 O 形密封圈实验研究与有
限元分析
HYDRAULIC SERVO ACTUATOR O-RING TEST
AND FINITE ELEMENT ANALYSIS
胡琦

哈尔滨工业大学
2011 年 6 月
国内图书分类号: 学校代码:10213
国际图书分类号:544 密级:公开

工学硕士学位论文
液压伺服作动器 O 形密封圈实验研究与有
限元分析

硕士研究生: 胡琦
导师: 赵树山教授
申请学位: 工学硕士
学科: 固体力学
所在单位: 航天学院
答辩日期: 2011 年 6 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index:
.: 544

Dissertation for the Master Degree in Engineering

HYDRAULIC SERVO ACTUATOR O-RING TEST
AND FINITE ELEMENT ANALYSIS

Candidate: Hu Qi
Supervisor: Prof. Zhao Shushan
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Solid Mechanics
Affiliation: School of Astronautics
Date of Defence: June, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
飞控系统液压伺服作动器的 O 形密封圈对其密封性能起着至关重要的作
用,O 形圈的密封性能直接影响着伺服作动器的正常工作,一旦 O 形圈撕裂破
坏,飞控系统就处于瘫痪状态。虽然国内外许多学者对 O 形圈研究颇多,但结
合实际工况条件的研究还尚缺乏,尤其是对 O 形圈所用橡胶材料的力学性能参
数的实验测定方面的资料较少。因此,本文对 O 形密封圈所用的橡胶材料的力
学性能参数的实验测定以及结合实际工况的 O 形圈有限元分析具有十分重要的
意义。
首先,结合课题来源以及研究的目的和意义,简单扼要的介绍了 O 形密封
圈的密封原理、密封结构。本文研究 O 形圈所用的材料橡胶属于超弹性体,具
有高度非线性的行为,所以又着重介绍了超弹性体非线性本构理论以及有限元
非线性的基本理论。
其次,本文对 O 形圈的有限元 ANSYS 分析是通过 Mooney-Rivlin 常数来描
述其橡胶的力学行为的。因此本文根据实际工况下的 O 形丁腈橡胶圈,对丁腈
橡胶设计完成了 10℃、50℃、90℃的单轴拉伸和平面剪切实验,并查阅相关资
料设计完成了等双轴拉伸实验,获得的工程应力应变数据通过 MATLAB 线性回
归和 ANSYS 曲线拟合计算出 Mooney-Rivlin 常数。
最后,借助 ANSYS 软件分析了 O 形密封圈在静压工作状态不同参数下的
综合等效应力,即 Von Mises 应力,它能反映 O 形圈易出现裂纹的位置以及使
用寿命。本文还讨论了油压、压缩率、拉伸率、摩擦系数、沟槽深度以及槽口
半径对其密封性能的影响。

关键词:O 形密封圈;超弹性体;丁腈橡胶;Mooney-Rivlin 常数;有限元
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Flight control system hydraulic servo actuator O-ring sealing performance of its
crucial role to play. O-ring directly affects the quality of the servo actuator to work. If
the O-ring is torn damaged, the flight control system will be paralyzed. Although
many domestic and international scholars have done a lot research on O-ring, the
bining O-ring with