之前写过一篇文章介绍用Abaqus来模拟o-ring密封，今天这篇文章介绍如何使用Ansys来模拟o-ring的密封情况。
先大概说一下o-ring的失效方式，存在三种主要的 O形圈密封失效模式：
1.泄漏：O形密封圈的主要功能是防止工作条件下的流体泄漏。当流体压力大于O形圈周围的接触压力时，就会导致泄漏。因此，只要流体压力保持在接触压力以下，就不会发生泄漏故障。
2.O型圈挤压：一般来说，随着流体压力的升高，O型圈被进一步挤压到凹槽中，这有助于更好地密封。但是，这可能会导致O形圈材料挤入活塞-气缸间隙（见下图）。使用备份o-ring可以防止挤压。
3.O形圈材料失效：随着流体压力继续升高，O 形圈材料可能会发生不可逆的压缩失效。这意味着当去除流体压力时，原来的接触压力会因永久性材料变形而消失。当最大压应力超过O形圈极限应力时会发生这种情况。这种失效可能与挤压失效同时发生。
一、建模
用CAD软件建立三个独立的面片：o-ring, 轴，和配合孔（圆柱），因为将要采用2D轴对称的方式进行模拟，要保证所有元素在XY坐标系的第一象限。
将o-ring初始位置放在o-ring槽的中间，o-ring状态为初始状态，跟轴有干涉，如下图所示，将尖角倒圆避免后面模拟的时候有奇点的情况。
二、O-ring材料选择
o-ring材料属于超弹性体(Hyperelastic），可以去到Ansys材料库，找到Hyperelastic Materials，这里选择添加氯丁橡胶(Neoprene Rubber）作为例子，超弹性体材料的建模比较复杂，这里就不展开了。原则上可以根据实验数据，采用Mooney-Rivlin, Neo-Hookean等模型进行应力应变曲线匹配和建模。
三、网格设置
o-ring网格大小设为0.1mm（此次o-ring线经为2mm），采用三角网格。配合的孔和轴网格尺寸设为1mm， 可能发生接触的边的尺寸细化为0.1mm，生成的网格如下：
四、接触设置
有两个接触面，分别是o-ring同轴，o-ring同孔。
接触一：o-ring同轴
接触面设置如下：
接触二：o-ring与孔
接触面设置如下：
五、分析步设置
模拟的过程分为三步：
1、模拟o-ring安装在轴上的情况，o-ring伸展开来。
2、模拟o-ring配合，将孔件向上做平移。
3、施加流体压力。
分析步一设置，注意打开大变形（其余步一样），因为o-ring是超弹性体。
分析步二：
分析步三：适当增加步数以便容易收敛。
六、边界条件设置
选择轴零件，设为固定：
选择孔零件，添加位移约束，向上移动12mm，刚好越过o-ring槽，位置添加在分析步二和三，分析步一设为0.
添加流体压力：
选择下面o-ring上的两个点（建模的时候注意制造出断点）作为流体压力的起始点：
选择o-ring下半表面作为施加压力的表面：
将这两个特征保存为named selections，命名为startPoint和pressSurf
添加APDL命令行：
输入以下命令行：
cmsel,s,pressSurf !Select pressSurf as the surface to apply fluid pressureesln,s,1esel,r,type,cid1sfe,all,1,pres,100 ! Apply fluid pressure of 100psi to all contact elementssfe,all,2,pres,-1 ! Suppress default starting points (STA1 = -1) cmsel,s,startPoint ! Select a location for starting pointseslnesel,r,type,cid1sfe,all,2,pres,100 ALLSEL
第一行cmsel表示选择一个组件，后面的参数s表示一个新的集合，这里的意思是选择pressSurf这个面。
第二行esln是选择附着在节点上的元素。
第三行esel是从当前元素中选择一个子集，r表示从当前集合中重新选，type是元素类型号码，CID1是指接触面一。
第四行sfe是制定元素表面载荷，pres是指定压力pressure类型，100表示压力大小，这里是100psi。
8-11行类似功能，选择的对象变为了起始点。
最后ALLSEL表示激活以上命令行。
六、模拟结果
变形结果：可以看到o-ring在压力的作用下被挤到孔和轴之间的间隙里。
接触压力：注意到最大压力为o-ring槽外倒角，右侧密封面压力为230psi以上，大于施加的流体压力，密封是有效的。
流体压力：o-ring下表面为100psi，上半部分和密封面流体压力为0，同样说明密封有效，没有漏水。
最后放上变形动画，可以看到o-ring装配和承受流体压力时被压缩的过程，非常直观。
