【技术实现步骤摘要】
一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法及系统
[0001]本专利技术涉及橡胶磨损
，特别是涉及一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法及系统。
技术介绍
[0002]磨损失效是橡胶密封圈的主要失效形式之一，会导致大量的经济损失，能否准确预测密封圈的磨损寿命对密封圈的设计与分析至关重要。现有的密封圈磨损研究手段包括实验与数值仿真。实验方法需要消耗大量人力物力，并且受设备的限制，能获取的信息有限，而数值仿真方法可以弥补实验的不足。现有的数值分析手段难以满足效率与精度的要求。
[0003]现有的橡胶密封圈磨损仿真方法。有的使用轴对称有限元模型，但是轴对称有限元模型只能获得轴静止时的接触压力，跟橡胶密封圈的真实工况有差距，因此计算精度受到影响；有的使用三维有限元模型，三维有限元模型可以有效模拟轴转动时密封圈的真实工况，但是自由度规模太大导致计算效率低下。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是提供一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法及系统，提高了仿真效率。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，包括：
[0007]建立橡胶旋转轴唇形密封圈的广义轴对称有限元模型；
[0008]根据所述广义轴对称有限元模型确定唇口节点的接触压力和旋转轴转动时橡胶旋转轴唇形密封圈对旋转轴的径向力；
[0009]根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度；>[0010]建立与当前广义轴对称有限元模型具有相同网格的轴对称有限元模型；
[0011]记录当前唇口节点磨损深度并将当前唇口节点磨损深度施加到当前轴对称有限元模型中；
[0012]基于ALE自适应网格划分技术对所述轴对称有限元模型的唇口轮廓和与唇口轮廓对应的唇口区域的网格进行更新；
[0013]基于更新后的所述轴对称有限元模型重新建立广义轴对称有限元模型；
[0014]判断增量步累计是否等于设定时间；
[0015]若增量步累计小于设定时间，则根据当前重新建立的广义轴对称有限元模型确定唇口节点的接触压力和旋转轴转动时的径向力，进入下一个磨损增量步，返回步骤“根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度”；
[0016]若增量步累计等于设定时间，则仿真结束。
[0017]可选地，所述根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度，具体包括：
[0018]根据公式dh＝k
c
pωrdt确定唇口节点的当前磨损深度；
[0019]其中dh表示当前磨损深度，dt表示磨损增量步，p表示当前唇口节点的接触压力，ω表示所述旋转轴的角速度，r表示所述旋转轴的半径，k
c
表示磨损系数，k
c
＝CF
r3
，C表示磨损相关系数，F
r
表示旋转轴转动时的径向力。
[0020]可选地，所述广义轴对称有限元模型包括唇口区域、本体区域和金属骨架区域；所述本体区域为所述橡胶旋转轴唇形密封圈中橡胶材料除了唇口区域之外的区域；所述唇口区域包括主唇口区域和防尘唇区域；所述唇口区域的广义轴对称单元类型为CGAX4H，所述本体区域的广义轴对称单元类型为CGAX4RH，所述金属骨架区域的广义轴对称单元类型为CGAX4R。
[0021]可选地，所述记录当前唇口节点磨损深度并将所述唇口节点磨损深度施加到当前轴对称有限元模型中，具体包括：
[0022]根据当前唇口节点磨损深度，在当前轴对称有限元模型中的第一节点集合施加空间网格位移约束；所述第一节点集合为唇口区域中处于橡胶旋转轴唇形密封圈表面的节点集合；
[0023]在当前轴对称有限元模型中的第二节点集合设置拉格朗日网格约束；所述第二节点集合为唇口区域中处于橡胶旋转轴唇形密封圈内部边界的节点集合。
[0024]可选地，所述磨损增量步设置为400秒。
[0025]一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统，包括：
[0026]广义轴对称有限元模型建立模块，用于建立橡胶旋转轴唇形密封圈的广义轴对称有限元模型；
[0027]接触压力和径向力确定模块，用于根据所述广义轴对称有限元模型确定唇口节点的接触压力和旋转轴转动时橡胶旋转轴唇形密封圈对旋转轴的径向力；
[0028]磨损深度确定模块，用于根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度；
[0029]轴对称有限元模型建立模块，用于建立与当前所述广义轴对称有限元模型具有相同网格的轴对称有限元模型；
[0030]磨损深度施加模块，用于记录当前唇口节点磨损深度并将当前唇口节点磨损深度施加到当前轴对称有限元模型中；
[0031]轴对称有限元模型更新模块，用于基于ALE自适应网格划分技术对所述轴对称有限元模型的唇口轮廓和与唇口轮廓对应的唇口区域的网格进行更新；
[0032]广义轴对称有限元模型重新建立模块，用于基于更新后的所述轴对称有限元模型重新建立广义轴对称有限元模型；
[0033]判断模块，用于判断增量步累计是否等于设定时间；
[0034]返回模块，用于若增量步累计小于设定时间，则根据当前重新建立的广义轴对称有限元模型确定唇口节点的接触压力和旋转轴转动时的径向力，进入下一个磨损增量步，返回步骤“根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确
定唇口节点的当前磨损深度”；
[0035]仿真结束模块，用于若增量步累计等于设定时间，则仿真结束。
[0036]可选地，所述磨损深度确定模块，具体包括：
[0037]磨损深度确定单元，用于根据公式dh＝k
c
pωrdt确定唇口节点的当前磨损深度；
[0038]其中dh表示当前磨损深度，dt表示磨损增量步，p表示当前唇口节点的接触压力，ω表示所述旋转轴的角速度，r表示所述旋转轴的半径，k
c
表示磨损系数，k
c
＝CF
r3
，C表示磨损相关系数，F
r
表示旋转轴转动时的径向力。
[0039]可选地，所述广义轴对称有限元模型包括唇口区域、本体区域和金属骨架区域；所述本体区域为所述橡胶旋转轴唇形密封圈中橡胶材料除了唇口区域之外的区域；所述唇口区域包括主唇口区域和防尘唇区域；所述唇口区域的广义轴对称单元类型为CGAX4H，所述本体区域的广义轴对称单元类型为CGAX4RH，所述金属骨架区域的广义轴对称单元类型为CGAX4R。
[0040]可选地，所述磨损深度施加模块，具体包括：
[0041]空间网格位移约束施加单元，用于根据当前唇口节点磨损深度，在当前轴对称有限元模型中的第一节点集合施加空间网格位移约束；所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，其特征在于，包括：建立橡胶旋转轴唇形密封圈的广义轴对称有限元模型；根据所述广义轴对称有限元模型确定唇口节点的接触压力和旋转轴转动时橡胶旋转轴唇形密封圈对旋转轴的径向力；根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度；建立与当前广义轴对称有限元模型具有相同网格的轴对称有限元模型；记录当前唇口节点磨损深度并将当前唇口节点磨损深度施加到当前轴对称有限元模型中；基于ALE自适应网格划分技术对所述轴对称有限元模型的唇口轮廓和与唇口轮廓对应的唇口区域的网格进行更新；基于更新后的所述轴对称有限元模型重新建立广义轴对称有限元模型；判断增量步累计是否等于设定时间；若增量步累计小于设定时间，则根据当前重新建立的广义轴对称有限元模型确定唇口节点的接触压力和旋转轴转动时的径向力，进入下一个磨损增量步，返回步骤“根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度”；若增量步累计等于设定时间，则仿真结束。2.根据权利要求1所述的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，其特征在于，所述根据磨损增量步、当前的唇口节点接触压力和当前的旋转轴转动时的径向力确定唇口节点的当前磨损深度，具体包括：根据公式dh＝k
c
pωrdt确定唇口节点的当前磨损深度；其中dh表示当前磨损深度，dt表示磨损增量步，p表示当前唇口节点的接触压力，ω表示所述旋转轴的角速度，r表示所述旋转轴的半径，k
c
表示磨损系数，k
c
＝CF
r3
，C表示磨损相关系数，F
r
表示旋转轴转动时的径向力。3.根据权利要求1所述的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，其特征在于，所述广义轴对称有限元模型包括唇口区域、本体区域和金属骨架区域；所述本体区域为所述橡胶旋转轴唇形密封圈中橡胶材料除了唇口区域之外的区域；所述唇口区域包括主唇口区域和防尘唇区域；所述唇口区域的广义轴对称单元类型为CGAX4H，所述本体区域的广义轴对称单元类型为CGAX4RH，所述金属骨架区域的广义轴对称单元类型为CGAX4R。4.根据权利要求1所述的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，其特征在于，所述记录当前唇口节点磨损深度并将所述唇口节点磨损深度施加到当前轴对称有限元模型中，具体包括：根据当前唇口节点磨损深度，在当前轴对称有限元模型中的第一节点集合施加空间网格位移约束；所述第一节点集合为唇口区域中处于橡胶旋转轴唇形密封圈表面的节点集合；在当前轴对称有限元模型中的第二节点集合设置拉格朗日网格约束；所述第二节点集合为唇口区域中处于橡胶旋转轴唇形密封圈内部边界的节点集合。5.根据权利要求1所述的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，其特征在于，所述磨损
增量步设置为400秒。6.一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统，其特征在于，包括：广义轴对称有限元模型建立模块，用于建立橡胶旋转轴...
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