粘弹性，即塑料和弹性体材料随载荷和变形移动的固有能力，是速率依赖行为，最常被称为蠕变和应力松弛。应力松弛是在恒定的压力下，压力随时间的衰减。蠕变是在恒定的载荷和应力下变形或应变的增加。应力松弛和蠕变会影响密封性能和密封形状。
应力松弛减少了密封施加在密封面上的力。这种效应的常用术语包括压应力松弛(CSR)和老化。CSR通常是在时间和温度下测试材料的性能，以测量压缩中的应力松弛。老化是用来描述密封应力或力变化的一个通用术语，其中应力松弛是引起这种变化的因素之一。
蠕变通过改变密封的形状(变形)来显著影响密封，从而改变密封应力分布。像挤压、冷流动和凝固这样的术语经常描述这些与蠕变有关的形状变化。挤压通常是密封材料移动到杆壳或活塞的小间隙。冷流动是蠕变的另一个术语，它定义了密封随时间的形状变化。集合是在应力或负载下的变形，其中一部分是由于蠕变。
我们专注于测量线性粘弹性进行有限元分析。线性粘弹性遵循叠加原理，其中弛豫(或蠕变)速率与瞬时应力(或应变)成正比。在这种情况下，应力(或应变)，当用瞬时值归一化时，将随时间遵循相同的变化，显示出它们的瞬时值的独立性。
有限元分析中的材料模型
弹性材料的建模分为两步，利用瞬态应力状态的超弹性材料模型和时间相关函数R (t) = [1- ?{ai (1 - e-t / ti)}]。
为了测试FEA分析是否能准确预测密封材料的性能，Trelleborg的工程师测试了各种形状为纽扣和圆环的材料。他们使用Instron测试机以12.7 mm/min的速度测试Turel®BAE和1.27 mm/min的速度测试Turcon®T46按钮。
采用单轴应力/应变和应力(或应变)/时间测试数据进行建模。弹塑性材料的瞬时应力状态模型采用单轴弹性常数和应力/应变模型，其余模型采用相同的方法。
采用Turcon、Zurcon、Turel等8种纽扣和圆环形状的材料进行压缩蠕变和松弛试验，然后进行有限元分析。将有限元分析结果与试验结果进行了比较。
使用Instron试验机以12.7 mm/min的速度测试弹性体按钮和1.27 mm/min的塑料按钮。此外，o形橡胶密封圈的测试速度为12.7 mm/min，塑料矩形密封圈的测试速度为1.27 mm/min。
利用试验按钮材料试验数据，对试验按钮和矩形o形环进行了有限元分析，并将结果与试验结果进行了比较。分析采用有限元分析代码3,4marc®和ABAQUS。发现了良好的相关性表明有限元分析过程的有效性。
验证FEA程序
为了验证FEA程序，我们首先将纽扣样品的FEA结果与纽扣测试数据进行比较，然后将使用材料测试数据的圆环的FEA结果与圆环测试结果进行比较。(作者测试了所有八种材料，但本文将重点关注塑料Turcon®T46和弹性体Turel®BAE。)
FEA分析的结果和Turcon®T46按钮的蠕变和应变的物理测试的结果几乎相同，如图所示。在初始应变和瞬时应变之后，应变的斜率或变化率几乎相等。根据这些数据，工程师们得出结论，FEA过程恰当地模拟了蠕变行为。
Turcon®T46 -按钮在1880 N的压缩负载下测试，保持恒定约15小时。有限元分析采用瞬时应力应变数据和蠕变应变数据。
有限元分析结果与试验结果基本一致。在初始应变和瞬时应变之后，应变的斜率或变化率几乎相等。因此，我们得出结论，FEA过程使用适当的模型蠕变行为。
该按钮在15%的压缩应变下测试，保持恒定约10小时。瞬时应力应变数据和剪切模量弛豫数据由
有限元分析采用单轴应力-时间试验数据。
此图将FEA分析结果与Turcon®T46 Button的瞬时应力-应变数据和剪切模量弛豫数据的测试结果进行了比较。
该环在6000n的压缩载荷下进行了约14小时的恒定测试。密封圈的蠕变应变率与试验值吻合较好，表明有限元方法可以较可靠地预测密封圈的粘弹性行为。
该环在15%的压缩应变下测试，保持恒定约15小时。采用Turcon®T46扣单轴应力-时间测试数据转换的瞬时应力-应变数据和剪切模量弛豫数据进行有限元分析。
零件的近距离观察
然后，我们通过对Trelleborg HP-20密封的有限元分析来检验粘弹性效应。HP20是一种弹性体和金属转轴密封，用于高压液压马达。其材料受粘弹性特性的影响。
该图显示了Turcon®T46环的瞬时应力应变和蠕变应变测试数据的对比。
采用ABAQUS轴对称模型在23℃和205℃温度下对密封进行分析。该弹性体采用Trelleborg材料DE15F2684，是一种硬度计值为90的HNBR。用两种温度下的应力-应变数据对超弹性材料进行Ogden法建模，用弛豫数据对材料进行Prony常数建模。装配完成后，在密封顶部表面施加了5000psi的压力。在这两种温度下进行了两项分析。
组件处的最大密封应力位于密封的角节点24处，等于2284 psi。在节点110，这个应力等于650磅。
在1000分钟松弛后，装配处的最大密封应力位于密封的角节点24处，等于1354 psi，衰减40%。在节点110，该应力等于373 psi，显示衰减43%。
在1000分钟松弛后，装配处的最大密封应力位于密封的角节点24处，等于670 psi，衰减48%。在节点110，该应力等于102 psi，显示50%的衰减。
结论
通过对不同材料钮扣的有限元分析，发现其蠕变和松弛结果与试验数据相吻合，验证了有限元分析方法的正确性。对这些材料制成的o形环进行了分析和试验，并将粘弹性有限元分析结果与试验结果进行了验证。
下图显示了HP-20密封的各种应力。例如，在密封的角节点24处的装配处可以发现最大密封应力。
我们以可接受的精度对一系列材料的蠕变效应进行了建模和验证。我们的结论是，我们现在有一个强大的工具，可以让我们更好地理解蠕变及其影响。在挤压、凝固或冷流动是影响密封性能的主要因素的应用中，我们展示了该技术在预测蠕变相关行为方面的价值。
Trelleborg密封
附加说明的解决方案,
www.trelleborg.com
该材料摘自《用有限元分析方法研究粘弹性对弹性体和塑料密封件性能的影响》白皮书，并讨论了一种塑料和一种弹性体材料的试验结果。要阅读其他材料的结果，请阅读全文:http://resources.designworldonline.com/FEA
定义
总应变变化百分比定义为任意时刻总应变比瞬时应变增加，除以瞬时应变，再乘以100。任意时刻的蠕变应变定义为该时刻的总应变相对于瞬时值的变化量。蠕变应变率(在曲线上)定义为t时刻应变百分比的差值2和时间t1除以(t2- t1）.应力变化百分比(弛豫)定义为任意时刻从瞬时应力开始的应力衰减量，除以瞬时应力，再乘以100。CSR率(在曲线上)定义为时间t之间的应力松弛2和时间t1除以(t2- t1）.
::设计世界::
了下:有限元分析软件，•先进的材料
告诉我们你的想法!