一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法与流程

本发明属于垫片性能检测，具体涉及一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法。

背景技术：

1、带有全凸筋或半凸筋的金属垫片为气缸密封垫，其是发动机的重要部件之一。当发动机工作时，气缸密封垫受压发生塑性变形，依靠全凸筋或半凸筋的压缩回弹实现密封作用。因此，气缸密封垫的压缩回弹性能直接影响发动机的性能稳定。

2、在产品设计过程中，通常使用两种方法获取气缸密封垫的压缩回弹性能。方法一是对实际生产出气缸密封垫进行压缩试验，以获取该气缸密封垫的压缩回弹性能，若该气缸密封垫的压缩回弹性能不符合要求，需重新设计并生产气缸密封垫，直至获得符合要求的气缸密封垫，但该方法周期长、成本高，无法满足低成本、高效率的产品开发需求；方法二是使用abaqus软件中的gasket单元模拟气缸密封垫的压缩回弹过程，以对气缸密封垫的压缩回弹性能进行评估。但由于气缸密封垫是由冲压模具冲压加工而成的，其在加工过程中会发生较大的变形，产生残余应力，使气缸密封垫在生产阶段与设计阶段之间的形状尺寸出现偏差，而gasket单元是基于气缸密封垫在设计阶段的形状尺寸进行分析的，无法模拟气缸密封垫的实际形状尺寸，得出的仿真结果精度较低，从而影响气缸密封垫压缩回弹性能的准确评估。因此，如何快速、准确、低成本地评估金属垫片的压缩回弹性能，是本申请亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其能快速、准确、低成本地评估设计阶段金属垫片的压缩回弹性能，为产品开发地高效化、低成本化奠定基础。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，该方法包括以下步骤：

3、s1、创建冲压有限元模型：分别创建冲压上模几何模型、冲压下模几何模型和金属垫片几何模型；所述冲压上模几何模型和冲压下模几何模型为刚体；所述金属垫片几何模型为可变形体，其基于金属垫片的设计几何参数创建；定义金属垫片几何模型的材料属性，并对金属垫片几何模型进行网格划分，获得金属垫片网格模型；将冲压上模几何模型、冲压下模几何模型和金属垫片网格模型组装形成冲压有限元模型；所述材料属性包括材料密度、材料弹性参数和材料塑性参数；

4、s2、冲压模拟分析：定义接触和边界条件，完成冲压模拟，获取冲压成型的金属垫片模型和金属垫片的冲压模拟结果文件；

5、s3、回弹分析：将冲压成型的金属垫片模型作为回弹有限元模型，将金属垫片的冲压模拟结果文件作为初始状态进行回弹计算，获得回弹后的金属垫片模型和金属垫片的回弹结果文件；

6、s4、创建压缩回弹有限元模型：创建上压台几何模型和下压台几何模型，所述上压台几何模型和下压台几何模型均为刚体；将上压台几何模型、下压台几何模型和回弹后的金属垫片模型组装在一起，获得压缩回弹有限元模型；

7、s5、压缩回弹分析：定义接触和边界条件，进行压缩回弹模拟，获取金属垫片的压缩回弹模拟结果文件。

8、优选地，根据金属垫片的压缩回弹模拟结果文件，判断金属垫片的压缩回弹性能是否符合要求；若不符合要求，则对s1步骤中金属垫片几何模型的尺寸和/或材料参数进行优化，并对优化后的金属垫片重新进行分析计算，直至优化后金属垫片的压缩性能符合要求。

9、优选地，在s2步骤中，所述材料弹性参数包括弹性模量和泊松比，所述材料塑性参数包括各向异性参数r11、r22、r33、r12、r13和r23；各向异性参数基于金属垫片材料不同方向的应力应变曲线获得。

10、优选地，所述冲压有限元模型、回弹有限元模型和压缩回弹有限元模型均为1/4模型。

11、优选地，在s2步骤中，定义的接触和边界条件为：冲压下模施加固定约束，冲压上模施加垂向位移载荷，冲压下模与金属垫片之间的接触和冲压上模与金属垫片之间的接触形式为面面接触，摩擦系数为0.1。

12、优选地，在s5步骤中，定义的接触和边界条件为：下压台施加固定约束，上压台施加垂向位移载荷，下压台与金属垫片之间的接触和上压台与金属垫片之间的接触形式为面面接触，摩擦系数为0.1。

13、优选地，在s1步骤中，使用c3d8r单元进行网格划分。

14、优选地，所述冲压模拟分析使用动态显示分析法，所述回弹分析和压缩回弹分析使用静态隐式分析法。

15、如上，本发明的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，具有以下有益效果：

16、本发明利用有限元软件进行冲压模拟分析和回弹分析，获得实际金属垫片的模型，再基于实际金属垫片的模型进行压缩回弹仿真，获取金属垫片的压缩回弹性能；由于本发明考略了金属垫片因加工过程引起的尺寸变化，有效提高金属垫片压缩回弹性能的评估准确度；此外，由于本申请无需实际加工金属垫片，只利用有限元软件修改金属垫片的尺寸、材料，即可获取不同材料不同尺寸金属垫片在实际状态下的压缩回弹性能，有效降低产品开发阶段中金属垫片压缩性能的评估周期和评估成本。

技术特征：

1.一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，根据金属垫片的压缩回弹模拟结果文件，判断金属垫片的压缩回弹性能是否符合要求；若不符合要求，则对s1步骤中金属垫片几何模型的尺寸和/或材料参数进行优化，并对优化后的金属垫片重新进行分析计算，直至优化后金属垫片的压缩性能符合要求。

3.根据权利要求1或2所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，在s2步骤中，所述材料弹性参数包括弹性模量和泊松比，所述材料塑性参数包括各向异性参数r11、r22、r33、r12、r13和r23；各向异性参数基于金属垫片材料不同方向的应力应变曲线获得。

4.根据权利要求1所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，所述冲压有限元模型、回弹有限元模型和压缩回弹有限元模型均为1/4模型。

5.根据权利要求1所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，在s2步骤中，定义的接触和边界条件为：冲压下模施加固定约束，冲压上模施加垂向位移载荷，冲压下模与金属垫片之间的接触和冲压上模与金属垫片之间的接触形式为面面接触，摩擦系数为0.1。

6.根据权利要求1所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，在s5步骤中，定义的接触和边界条件为：下压台施加固定约束，上压台施加垂向位移载荷，下压台与金属垫片之间的接触和上压台与金属垫片之间的接触形式为面面接触，摩擦系数为0.1。

7.根据权利要求1所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，在s1步骤中，使用c3d8r单元进行网格划分。

8.根据权利要求1所述的一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，其特征在于，所述冲压模拟分析使用动态显示分析法，所述回弹分析和压缩回弹分析使用静态隐式分析法。

技术总结
本发明提供一种金属垫片压缩回弹性能的评估方法，包括：S1、创建冲压有限元模型：S2、冲压模拟分析；S3、回弹分析；S4、创建压缩回弹有限元模型：S5、压缩回弹分析；本发明利用有限元软件进行冲压模拟分析和回弹分析，获得实际金属垫片的模型，再基于实际金属垫片的模型进行压缩回弹仿真获取金属垫片的压缩回弹性能；由于本发明考略了金属垫片因加工过程引起的尺寸变化，有效提高金属垫片压缩回弹性能的评估准确度；此外，由于本申请无需实际加工金属垫片，有效降低产品开发周期和开发成本。

技术研发人员：林新昌,陈志英,赵小虎,张莹,孙彦,李英杰,姚硕
受保护的技术使用者：上海兴盛密封垫有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23