CN113705052B - 一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法及系统，该方法包括：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、唇口节点接触压力和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；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；对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；基于更新后的轴对称有限元模型重新建立广义轴对称有限元模型，进入下一个磨损增量步计算，实现对橡胶密封圈的磨损仿真。本发明提高了仿真效率。

Description

一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法及系统
技术领域
本发明涉及橡胶磨损技术领域，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。
背景技术
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。
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。
发明内容
本发明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。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，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。
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：
根据公式dh＝kcpωrdt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，kc表示磨损系数，kc＝CFr 3，C表示磨损相关系数，Fr表示旋转轴转动时的径向力。
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。
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：
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。
可选地，所述磨损增量步设置为400秒。
一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统，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唇形密封圈的广义轴对称有限元模型；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
判断模块，用于判断增量步累计是否等于设定时间；
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”；
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。
可选地，所述磨损深度确定模块，具体包括：
磨损深度确定单元，用于根据公式dh＝kcpωrdt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，kc表示磨损系数，kc＝CFr 3，C表示磨损相关系数，Fr表示旋转轴转动时的径向力。
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。
可选地，所述磨损深度施加模块，具体包括：
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；
拉格朗日网格约束施加单元，用于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。
可选地，所述磨损增量步设置为400秒。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明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；根据当前唇口节点的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，通过广义轴对称有限元模型模拟旋转轴转动时橡胶旋转轴唇形密封圈的真实工况，在提高仿真效率的同时又保证了一定仿真精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法流程示意图；
图2为本发明橡胶旋转轴唇形密封圈系统示意图；
图3为本发明橡胶旋转轴唇形密封圈的广义轴对称有限元模型示意图；
图4为本发明橡胶旋转轴唇形密封圈弹簧等效均布载荷示意图；
图5为本发明ALE自适应网格区域与两个节点集合位置示意图；
图6为本发明橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真Python程序逻辑图；
图7为本发明橡胶旋转轴唇形密封圈磨损50小时仿真的Python程序流程图；
图8为本发明主唇口磨损深度仿真结果与实验结果对比图；
图9为本发明更新唇口轮廓方式示意图；
图10为本发明一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
橡胶是典型的超弹性材料，通常会产生很大的变形。使用ALE自适应网格划分技术可以在不改变原有网格连接关系的情况下，允许结构内部的网格节点独立于材料移动，实现网格的自适应重划分，有效避免因大变形导致的网格畸变扭曲致使计算精度下降的问题。
广义轴对称有限元模型比轴对称有限元模型多一个绕z轴的扭转节点自由度φ，可用于分析具有轴对称几何特征但可以绕其对称轴扭转的结构。在圆柱坐标系(r，θ，z)中，z轴为广义轴对称有限元模型的对称轴，广义轴对称有限元模型沿周向的扭转φ可能随r和z变化，但不随θ变化。因此广义轴对称有限元模型跟轴对称有限元模型一样，任何r-z平面的变形都可以表征整个旋转体的变形。
橡胶密封圈(橡胶旋转轴唇形密封圈)的几何形状是轴对称的，处于工作状态时，其外部被施加固定约束，唇口受到轴旋转产生的沿周向的摩擦力会导致其发生绕对称轴的扭转变形。根据其变形特点，可以将其简化为广义轴对称问题。但是由于目前所有的有限元软件中广义轴对称单元都不支持ALE自适应网格划分，因此无法直接基于广义轴对称有限元模型实现磨损过程的自动仿真。但是有限元软件中轴对称单元支持ALE自适应网格重划分，对此，可以结合广义轴对称有限元模型与轴对称有限元模型，基于有限元软件的二次开发技术实现磨损过程中的自动化仿真。本发明具体思路如下：第一步，建立广义轴对称有限元模型进行结构分析并提取唇口节点接触压力和旋转轴转动时的径向力，计算磨损增量步的唇口节点磨损深度；第二步，建立具有相同网格的轴对称有限元模型，在轴对称有限元模型中基于ALE自适应网格划分技术根据第一步的唇口节点磨损深度更新唇口轮廓和网格信息；第三步，根据第二步更新后的网格模型重新建立广义轴对称有限元模型，进行下一个磨损增量步的计算。基于有限元软件的二次开发技术编程实现并不断重复以上步骤可实现橡胶密封圈在指定时间内的自动磨损仿真。
图1为本发明一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法流程示意图，如图1所示，一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法，包括：
步骤101：建立橡胶旋转轴唇形密封圈的广义轴对称有限元模型。
步骤102：根据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。
步骤103：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。
磨损增量步为预先设定的时间段。
作为具体实施例，磨损增量步设置为400秒。
其中，步骤103具体包括：
根据公式dh＝kcpωrdt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表示旋转轴的角速度，r表示旋转轴的半径，kc表示磨损系数，kc＝CFr 3，C表示磨损相关系数，Fr表示旋转轴转动时的径向力。
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；本体区域为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；唇口区域包括主唇口区域和防尘唇区域；唇口区域的广义轴对称单元类型为CGAX4H，本体区域的广义轴对称单元类型为CGAX4RH，金属骨架区域的广义轴对称单元类型为CGAX4R。
步骤104：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。
步骤105：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。
其中，步骤105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；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。第一节点集合中各点依次连接为唇口轮廓。
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；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，此处边界为橡胶旋转轴唇形密封圈内部唇口区域与非唇口区域的边界。第一节点集合和第二节点集合中各点依次连接，连接线内部为唇口区域。
步骤106：基于ALE自适应网格划分技术对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。
步骤107：基于更新后的轴对称有限元模型重新建立广义轴对称有限元模型。
步骤108：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，则执行步骤109。
步骤109：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103。
若增量步累计等于设定时间，则执行步骤110。
步骤110：仿真结束。
一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法还包括每隔设定输出时间输出当前橡胶密封圈主唇口的磨损深度。作为具体实施例设定输出时间为一个小时。
本发明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；根据当前唇口节点的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，通过广义轴对称有限元模型模拟旋转轴转动时橡胶旋转轴唇形密封圈的真实工况，在提高仿真效率的同时又保证了一定仿真精度。本发明提供了更加高效的密封圈磨损分析方法，有效提高研发效率，促进经济效益。
下面以具体实施例说明本发明一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真方法。
Step1：通过编程自动建立广义轴对称有限元模型进行结构分析得到唇口节点接触压力和旋转轴转动时的径向力。
在本实施例中，橡胶密封圈系统包括橡胶旋转轴唇形密封圈和旋转轴，橡胶密封圈系统如图2所示，橡胶旋转轴唇形密封圈和旋转轴为过盈配合，过盈量为0.648mm，相对转速为400r/min，图2中Y表示旋转轴的轴向，δ为过盈量，δ表示旋转轴直径减去密封圈内直径。
橡胶旋转轴唇形密封圈和旋转轴的建立分两步，第一步是给橡胶密封圈唇口施加预压力，使唇口表面与旋转轴分离，第二步是释放预压力并同时施加弹簧力等效均布载荷，让旋转密封圈与旋转轴紧密接触。给旋转轴施加一定的转速即为橡胶密封圈的真实工况。
橡胶密封圈橡胶材料采用Neo-Hookean超弹性本构模型模拟。
Neo-Hookean超弹性本构模型形式为：
其中U是单位体积的应变能；C10和D1是与温度相关的材料参数，I1是柯西-格林变形张量第一不变量。
材料拟合参数C10＝1.879Mpa，D1＝0.001065MPa-1。
橡胶密封圈广义轴对称有限元模型如图3所示，图3中矩形框中包括唇口区域，图3中标号1为矩形框的放大，在唇口区域采用精细网格划分，橡胶密封圈本体区域采用广义轴对称单元CGAX4RH，唇口区域采用广义轴对称单元CGAX4H，金属骨架与旋转轴的材料的弹性模量设置为2×105Mpa，泊松比设置为0.25，该区域的单元类型设置为CGAX4R；为旋转轴节点设置beam类型的MPC(multipoint constraint，多点约束)，给MPC约束控制点施加转速控制轴的旋转，轴与唇口的接触类型为面与面接触，法向行为为硬接触，切向行为考虑相互摩擦，摩擦系数设为0.25；如图4所示，本发明通过在橡胶密封圈安装卡紧弹簧部位施加均布载荷来模拟卡紧弹簧的效果，经计算本实施例中弹簧等效均布载荷Ps为0.16Mpa；导出广义轴对称有限元模型的.inp文件，添加contactprint关键字然后提交运算，关键字的作用是将唇口节点接触压力输出到.dat文件。图4中，ds表示弹簧圈横截面直径，Ds表示弹簧圈内径。
Step2：基于有限元软件的二次开发技术，通过编程自动提取第一步的节点接触压力和旋转轴转动时的径向力根据公式dh＝kcpωrdt和kc＝CFr 3计算唇口节点的磨损深度，并在轴对称有限元模型中施加磨损深度。
在本实施例中，使用python语言定义一个模块shudu_cpress.py，在shudu_cpress.py模块中定义一个函数jisuan_mosunlv(h,s)，其中h表示磨损小时数，s表示磨损秒数，假设磨损时间为2小时加800秒，则h＝2,s＝800，函数jisuan_mosunlv(h,s)分别从广义轴对称有限元模型结果文件中的.dat文件和.odb文件中分别读取节点接触压力p与旋转轴转动时的径向力Fr，并根据公式dh＝kcpωrdt和kc＝CFr 3计算出磨损增量步的唇口节点磨损深度，然后在橡胶密封圈表面的节点集合ADAPTIVE(第一节点集合)根据唇口节点磨损深度施加空间网格位移约束，节点集合ADAPTIVE位置如图5中(b)所示，节点集合ADAPTIVE为图5中(b)中黑色圆点组成，本实施例中磨损增量步dt设置为400s，C值经实验拟合为2.5×10-12；在shudu_cpress.py模块中另外定义一个函数laglangri()，函数laglangri()的功能为给节点集合LAGRANGE(第二节点集合)设置拉格朗日网格约束，即这部分节点与材料固定连接，节点集合LAGRANGE的位置如图5中(c)所示，节点集合LAGRANGE为图5中(c)中黑色圆点组成。
Step3：通过程序建立网格与广义轴对称有限元模型相同的轴对称有限元模型，基于ALE自适应网格划分技术完成唇口轮廓与网格信息(唇口轮廓对应的唇口区域的网格信息)的更新。
在本实施例中，通过Python程序建立网格与广义轴对称有限元模型相同的轴对称有限元模型，并在唇口区域设置ALE自适应网格区域，如图5中(a)所示，图5中(a)中黑色区域为唇口区域，包括防尘唇和主唇口，然后调用Step2中的shudu_cpress.py模块中的两个函数进行唇口节点磨损深度的施加，在轴对称有限元模型的.inp文件中添加node print关键字并提交运算，运算完之后得到更新唇口和网格信息后的橡胶密封圈，关键字的作用是在.dat文件中输出主唇口表面节点坐标以方便橡胶密封圈主唇口磨损深度的读取，橡胶密封圈主唇口磨损深度的计算方法为磨损前后主唇口表面节点坐标的最小X坐标相减，X坐标表示图9中dh方向上的坐标。
Step4：通过编程自动基于更新唇口轮廓与网格信息后的网格模型重新建立广义轴对称有限元模型，准备进行下一个磨损增量步的计算。
在本实施例中，通过Python程序将Step3得到的轴对称有限元模型的.odb文件中基于更新唇口轮廓与网格信息后的橡胶密封圈网格模型重新赋予如Step1所述的广义轴对称单元类型，准备进行下一个磨损增量步的计算。唇口轮廓更新如图9所示。
Step5：将实现前4步的程序根据不同功能整理为不同模块，通过主程序反复调用这些模块实现橡胶密封圈在规定时间内的自动化磨损仿真。
在本实施例中，将实现前4步的Python程序根据不同的功能整理为不同的Python模块，模块与模块之间有相互调用以实现特定功能，通过一个Python主程序反复调用其中两个模块，便可实现指定时间内的橡胶密封圈自动磨损仿真，如图6所示，图中箭头表示调用关系，橡胶密封圈磨损50小时仿真Python程序流程如图7所示。
Step6：仿真结果与实验结果对比。
将橡胶密封圈主唇口磨损深度的实验结果与数值结果进行对比，如图8所示，验证本发明仿真方法的有效性。
图10为本发明一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统结构示意图，如图10所示，一种橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统，包括：
广义轴对称有限元模型建立模块201，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。
接触压力和径向力确定模块202，用于根据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。
磨损深度确定模块203，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。
轴对称有限元模型建立模块204，用于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。
磨损深度施加模块205，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。
轴对称有限元模型更新模块206，用于基于ALE自适应网格划分技术对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。
广义轴对称有限元模型重新建立模块207，用于基于更新后的轴对称有限元模型重新建立广义轴对称有限元模型。
判断模块208，用于判断增量步累计是否等于设定时间。
返回模块209，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”。
仿真结束模块210，用于若增量步累计等于设定时间，则仿真结束。
磨损深度确定模块203，具体包括：
磨损深度确定单元，用于根据公式dh＝kcpωrdt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表示旋转轴的角速度，r表示旋转轴的半径，kc表示磨损系数，kc＝CFr 3，C表示磨损相关系数，Fr表示旋转轴转动时的径向力。
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；本体区域为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；唇口区域包括主唇口区域和防尘唇区域；唇口区域的广义轴对称单元类型为CGAX4H，本体区域的广义轴对称单元类型为CGAX4RH，金属骨架区域的广义轴对称单元类型为CGAX4R。
磨损深度施加模块205，具体包括：
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；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。
拉格朗日网格约束施加单元，用于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；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。
磨损增量步设置为400秒。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

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；
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＝kcpωrdt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，kc表示磨损系数，kc＝CFr 3，C表示磨损相关系数，Fr表示旋转轴转动时的径向力；
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。
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。
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，所述磨损增量步设置为400秒。
4.一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唇形密封圈的广义轴对称有限元模型；
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；
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；
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；
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；
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；
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；
判断模块，用于判断增量步累计是否等于设定时间；
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”；
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；
所述磨损深度确定模块，具体包括：
磨损深度确定单元，用于根据公式dh＝kcpωrdt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，kc表示磨损系数，kc＝CFr 3，C表示磨损相关系数，Fr表示旋转轴转动时的径向力；
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。
5.根据权利要求4所述的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统，其特征在于，所述磨损深度施加模块，具体包括：
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；
拉格朗日网格约束施加单元，用于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。
6.根据权利要求4所述的橡胶旋转轴唇形密封圈磨损仿真系统，其特征在于，所述磨损增量步设置为400秒。
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