张 屾 吴 振 尚 闫 钱征华 柯玉超 夏迎松

(1.南京航空航天大学航空学院,机械结构力学及控制国家重点实验室 江苏南京 210016； 2.高性能橡胶材料及制品安徽省重点实验室 安徽宁国 242300)

旋转轴唇形密封件因其具有良好的追随性和补偿性，以及摩擦阻力小等优点，被广泛地用于各种旋转机械的密封[1]。当前，密封件的工作环境有着高速化、高温化的发展趋势。高速与高温会致使密封件唇口与转轴之间的摩擦加剧，磨损加快，是导致密封件失效的主要原因[2-3]。图1展示一种典型的旋转轴唇形密封件磨损后的唇口情况。密封件的失效会直接影响机械系统整体的效率，导致大量的经济损失，甚至发生安全事故。因此，准确预测唇形密封件的磨损情况，评估工作寿命具有重要的意义。

早期对密封件使用寿命的预测主要是通过对大量实验数据统计得出，但是这种方式需要花费大量的人力物力。为此，SALANT与FLAHERTY[4-5]提出了一种数值仿真方法来模拟密封件磨损演化规律并预测密封件使用寿命。该方法为了避免网格畸变导致有限元计算不收敛，通常需要每隔一段时间后重新绘制唇封的轮廓并重新划分网格进行有限元分析，过程十分繁琐，计算精度也难以保证。

图1 典型的旋转密封件磨损后的唇口情况Fig 1 The typical lip condition of the worn rotary seal

本文作者使用有限元分析软件Abaqus对旋转轴唇形密封件的磨损进行模拟，通过UMESHMOTION用户子程序来控制局部区域的网格自适应划分进而实现密封件的动态磨损过程[6-7]，并且基于磨损因子模型来实时控制橡胶的磨损速率，最终获取了密封件唇口轮廓形状以及接触压力随时间的演化规律。……