舱门密封件接触行为仿真分析徐锦锦【摘要】现代飞机普遍采用气密舱设计。对于增压区舱门，普遍采用密封件密封。密封件的设计既要保证舱门关闭时气密性良好，又要保证舱门开关过程中受力合理。密封件过度的挤压变形易产生过大的接触力和摩擦力，导致开关门手柄力过大。为了分析密封件接触行为问题，基于非线性不可压缩Mooney-Rivlin本构理论，建立了舱门典型密封结构有限元模型，计算了在舱门开闭过程中此密封件的变形状态、接触力分布和摩擦力。结果表明：舱门关闭情况下，此密封件平均法向接触力约为1160N/m，密封件挤压产生的摩擦力约为348N/m。【关键词】舱门密封；有限元；接触行为：V423.5：A：2095-2457（2018）16-0202-001DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.16.093【Abstract】Modernaircraftgenerallyadoptsairtightcabindesign.Sealsarecommonlyusedfordoorsinpressurizedarea.Thedesignofthesealmustensurethattheairtightnessofthedoorsisclosedandtheforceofthedoorsintheprocessofopeningandclosingisreasonable.Excessivesqueezingdeformationofthesealmayeasilygenerateexcessivecontactforceandfrictionforce，resultinginexcessiveforceofthedoorhandle.Inordertoanalyzethecontactbehavioroftheseals，basedonthenonlinearincompressibleMooney-Rivlinconstitutivetheory，afiniteelementmodelofthetypicalsealstructureofthedoorwasestablished.Thedeformationstate，contactforcedistributionandfrictionforceofthesealduringtheopeningandclosingofthedoorwerecalculated.Theresultsshowthatwhenthedoorclosesinthecabin，theaveragenormalcontactforceofthesealisapproximately1160N/m，andthefrictiongeneratedbythesealextrusionisapproximately348N/m.【Keywords】DoorSeals；FiniteElement；ContactBehavior0引言飛机气密舱设计可以保证客舱压力处于安全状态，同时隔绝灰尘、水等进入客舱[1]。舱门开关过程中，密封件应配合舱门运动轨迹，在舱门完全关闭状态时达到相应压缩量，保证气密性能。同时密封件挤压变形，产生接触力和摩擦力，增加了舱门的手柄力。因此设计高效合理的密封件形式，是气密舱门设计的关键。密封件由橡胶和表面织物组成，材料属性复杂，应力-应变高度非线性，力学性能复杂，因此采用有限元计算方法，分析密封结构接触行为。1舱门密封件密封形式密封结构主要应用于飞机上的各类舱门及口盖。由于其工作环境各异，密封形式也各不相同。飞机结构密封主要有密封件密封、密封胶密封、机械密封[2]。舱门开口较大，开闭频繁，运动形态复杂多变，气密性要求高，需要适应性强、可靠性高的密封结构，通常采用密封件密封。密封件截面形状各异，主要有管状、扁平状和爪型。本文选取一种典型的舱门管状密封件进行分析。2密封件有限元模型建立1）建模的基本假设（1）密封件主要材料为橡胶，作为超弹性材料，应力-应变行为高度非线性。橡胶泊松比接近于0.5，本文中均作为不可压缩材料。（2）舱门密封结构中的密封压条材料是硬铝，弹性模量是70000MPa，而密封件为橡胶材料，弹性模量仅为7.5MPa，分析中着重考虑密封件的变形。2）密封件材料模型橡胶作为超弹性材料，一般选用Mooney-Rivlin材料模型来描述橡胶密封件的本构关系[3]。在理想不可压缩、恒温的条件下，假设橡胶各向同性且拉压性质相同，Rivlin改进后的本构模型为：同时密封件表面有聚酯纤维织物布，在模型中抽取密封件表面，赋予织物材料数据。3）边界条件与加载方式密封件与密封压条的接触面、接触力随压缩量增加而不断变化，分别定义结构之间接触，硬铝与密封件的摩擦因数取0.3。门开启初段行程和关闭末端行程是密封件作用的关键阶段。密封件运动轨迹模拟舱门开闭的运动轨迹。由此建立此舱门密封结构有限元模型。3密封件接触有限元仿真结果分析完成仿真计算，得到舱门关闭后密封件的变形及接触力分布情况，如图1所示。单位密封件网格上的接触力最大为19.2N。经计算，密封件平均法向接触力约为：1160N/m，则单位长度密封件挤压产生的摩擦力约为：348N/m。4结论本文针对舱门典型管状...