分析橡膠密封力學(xué)性能時(shí)，常將其假設為超彈性材料，應力為應變能密度函數對應變的導函數。文獻建立了橡膠材料本構關(guān)系，并通過(guò)工程測試得到了材料常數；文獻基于Mooney-Rivlin模型，數值模擬了X形截面橡膠密封圈的應力分布；文獻對硅橡膠材料進(jìn)行單軸拉伸測試，通過(guò)擬合處理得到材料常數，并模擬了O形橡膠密封圈在操作條件下的應力與變形；文獻數值分析了初始壓縮率和液體壓力對矩形密封圈的影響；試驗分析了橡膠硬度與材料常數關(guān)系，數值模擬了橡膠支座的應力大??；針對U形管換熱器法蘭墊片，分別數值模擬了預緊條件、操作條件下的墊片應力、應變大??；利用大變形橡膠理論和試驗數據，得到丁腈橡膠在Mooney-Rivlin和Yeoh模型下的材料常數。
橡膠材料力學(xué)性能受形狀影響很大，上述文獻報道的研究成果不適用于橫截面為菱形、燕尾槽等形狀的板式換熱器墊片。文中對橫截面為菱型的板式換熱器墊片進(jìn)行了壓縮-回彈性能測試，并基于Mooney-Rivlin和Yeoh模型，得到了壓縮變形量與其表面密封壓力的應力與應變的關(guān)系，揭示了梯形槽對墊片密封壓力影響的規律，這對于設計產(chǎn)品的密封結構具有重要參考價(jià)值。
1墊片壓縮回彈性能試驗
1.1試驗裝置與試件
試驗加載系統為MTS-2.5噸材料性能試驗機所示。試件是從整張傳熱板片中切割出一部分帶有梯形墊片槽的矩形板片，板片材質(zhì)為316L所示。墊片材料為三元乙丙橡膠，硬度為邵氏80，墊片橫截面為菱型，主要結構尺寸。
1.2試驗內容
試驗包含兩部分：（1）常溫下，墊片簡(jiǎn)單壓縮回彈。將橫截面為菱形的密封墊片水平放置在剛性平板上，通過(guò)固定在試驗機上、下夾具上的鋼圓柱（7mm）施加壓縮載荷，測試在不同載荷下墊片的位移大小。加載速率參考設備的實(shí)際裝配、操作條件，控制壓縮速率0.018mm/s，回彈速率0.007mm/s.此試驗以下稱(chēng)簡(jiǎn)單壓縮回彈；（2）在梯型密封槽約束作用下的墊片壓縮回彈。
將橫截面為菱形的墊片嵌入矩形板片的梯形槽中，通過(guò)固定在上、下夾具的鋼圓柱施加載荷。其他加載條件與前部分的試驗相同。
此試驗以下稱(chēng)約束壓縮回彈。
2試驗結果分析
2.1簡(jiǎn)單壓縮
假設板式換熱器橡膠墊片屬于超彈性材料，3個(gè)主方向的厚度與壓縮前墊片的初始厚度之比，也稱(chēng)為壓縮比。綜合式（1）、（2）得：S=2WC=2[（WI1 I1WI2）I-WI2C I3WI3C-1]（4）利用真實(shí)應力與S之間的關(guān)系，得到墊片在變形后的真實(shí)應力表達式：=-pI 2[WI1B-WI2B-1]（5）主應力分量為：i=-p 2[WI12i-WI2-2i]（i=1，2，3）（6）式（5）中，B是左柯西-格林應變張量（leftCauchy-Greenstraintensor），-pI代表流體靜壓力張量，I為二階單位張量。為真實(shí)應力張量。
簡(jiǎn)單壓縮時(shí)，墊片表面只在一個(gè)方向有真實(shí)壓應力1，又因為橡膠材料具有不可壓縮性，設1=，則有：2=3=1，則式（6）可簡(jiǎn)化為：1=2（2-1）（WI1 WI21）（7）工程實(shí)際中，可拆卸板式換熱器墊片的預緊壓縮量一般為墊片初始厚度的1535，壓縮變形過(guò)程中，墊片瞬時(shí)受力面積要大于初始受力面積。分別以瞬時(shí)受力面積和初始受力面積為基準的真實(shí)壓應力1與名義壓應力e關(guān)系為：1=e在Mooney-Rivlin模型中應變能密度函數為：W=C10（I1-3） C01（I2-3）（8）將式（8）代入式（7）得：1=2（2-1）（C10 C011）（9）在Yeoh模型[10]中應變能密度函數為：W=C10（I1-3） C20（I1-3）2 C30（I1-3）3（10）將式（10）代入式（7）有：1=2（2-1）[C10 2C20（2 2-3） 3C30（2 2-3）2]（11）利用最小二乘法可確定式（9）、（11）中的材料常數值C10，C01，C20，C30，得到的兩模型擬合應力值如所示。
當壓縮比大于0.75時(shí)，Mooney-Rivlin模型、Yeoh模型預測sp誤差值都小于5.示出了墊片簡(jiǎn)單壓縮時(shí)的真實(shí)應力測試值以及利用模型擬合的曲線(xiàn)。Yeoh模型擬合曲線(xiàn)與試驗數據變化趨勢接近一致。
2.2約束壓縮
在梯形槽約束前、后，墊片真實(shí)壓應力的相對變化率，定義為分別在約束壓縮、簡(jiǎn)單壓縮條件下壓應力差值與簡(jiǎn)單壓縮應力的比值，用于反映在梯形槽約束前、后墊片壓應力的變化。
當為0.9時(shí)，由于梯形槽約束作用，約束壓縮時(shí)的真實(shí)壓應力為1.25MPa，較簡(jiǎn)單壓縮時(shí)提高9.65.為0.75時(shí)，墊片壓應力從3.11MPa提高到5.58MPa，比簡(jiǎn)單壓縮時(shí)提高79.42.
壓縮比越小，傳熱板片的梯型槽對墊片橫向變形的約束作用越明顯，可顯著(zhù)提高墊片初始預緊力，有利于密封（雙道密封鋁隔條式中空玻璃的密封透氣性）。
2.3回彈階段
列出了在相同壓縮比條件下，簡(jiǎn)單壓縮時(shí)墊片回彈（簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)單回彈）過(guò)程中的真實(shí)壓應力測試值以及在約束壓縮后墊片回彈（簡(jiǎn)稱(chēng)約束回彈）時(shí)的真實(shí)壓應力。
為回彈階段，在梯形槽約束前、后，墊片壓應力的相對變化率，定義為簡(jiǎn)單壓縮、約束壓縮后墊片回彈的真實(shí)壓應力與簡(jiǎn)單回彈時(shí)壓應力比值。
可知，墊片回彈量逐漸增加時(shí)，簡(jiǎn)單回彈、壓縮回彈條件下壓應力均隨之減小，其原因是梯形槽對墊片約束作用隨墊片回彈量增加而不斷減小。
可以看出，墊片壓縮量越大，約束壓縮與簡(jiǎn)單壓縮下的壓應力相差就越大，其原因是墊片變形越大，梯形槽對其約束作用不斷增強，反之，回彈變形量越大，二者的壓應力差值越小。此外，曲線(xiàn)1、曲線(xiàn)2反映的墊片壓縮、回彈變形途徑都不一致，說(shuō)明墊片在變形過(guò)程中具有時(shí)滯效應，但共同特點(diǎn)是回彈性階段墊片表面的真實(shí)應力要小于壓縮階段在同一壓縮比下的壓應力值。
3結論
（1）測試了具有菱形橫截面，材料為三元乙丙橡膠，硬度為邵氏80的板式換熱器密封墊片的16CPVT可拆卸板式換熱器墊片壓縮回彈性能試驗與分析壓縮回彈性能。揭示了板片中的梯形槽對墊片壓應力影響的規律。在梯形槽約束作用下，壓縮和回彈階段的墊片壓應力均明顯高于簡(jiǎn)單壓縮，其原因是墊片變形越大，梯形槽對其約束作用不斷增強。反之亦然。
（2）分別基于Mooney-Rivlin和Yeoh模型，當壓縮比大于0.75時(shí)，推導出了可拆卸板式換熱器墊片在簡(jiǎn)單壓縮時(shí)的應力與壓縮比關(guān)系，為墊片厚度、預緊壓縮量以及夾緊螺栓尺寸和數量提供了設計依據。模擬結果較真實(shí)應力誤差小于5.
（3）簡(jiǎn)單壓縮和約束壓縮條件下，墊片的實(shí)際壓縮、回彈變形途徑并不一致，具有明顯的時(shí)滯效應，但共同特點(diǎn)是回彈性階段墊片表面的真實(shí)壓應力要小于壓縮階段在同一壓縮比下的真實(shí)壓應力值。
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