采用ANSYS软件建立单金属密封的分析模型，分析在低压和高压情况下，丁晴橡胶O型圈硬度、橡胶支撑环硬度和动环倾斜面斜度3种关键参数对动静环端面接触应力的影响。结果表明：单金属密封的密封面接触应力在低压工况下由内向外逐渐增大，在高压工况下则呈现出边缘突变、中间平缓的分布状况；O 型圈硬度和橡胶支撑环硬度较小时，动静环接触应力分布越平缓，有利于降低密封端面的磨损，提高密封工作寿命；动环倾斜面斜度越大，密封端面接触应力越小且应力分布越平缓，可有效提高密封性能。

　　跟随浅部油气区区资源共享的必将降低，油气区区勘查规划设计正迎着深部表层和深水深海岩层确定。在深井和超深井条件下，一些矿井APP经受着内部高压力钻探液的意义，拖动动封好的业务使用期限则间接影响力着钻探APP的业务使用期限。单彩石封好成为一些具备耐腐蚀高压、耐磨性损和抗振动幅度大性的拖动动封好，诸多地操作邻域于油气、矿山开采、民航等邻域。1998 年，Baker Huges 大司推广一些操作邻域于牙轮合金钻头的单彩石封好SMES，图甲1如同。2003 年，该大司共性SMES 封好确定优化，规划设计推出新一批单彩石封好SMES2，图甲2 如同。

图1 SEMS单铝合金密封结构设计图

图2 SEMS2单彩石密封性能型式图 　　国内的外学界对单黑色材料封严实行了一大批原理研发。Xiong 和Richard对於于牙轮麻花钻单黑色材料封严的逻辑实行了原理研发。罗纬和何等翔对於于SEMS单黑色材料封严实行了科学试验原理研发; 张宝生等用加右侧差压条件下对SEMS单黑色材料封严逻辑实行了非常不足责任元探讨一下; 孙健用非常不足责任元的方式对SEMS单黑色材料封严在有所与众不同工作任务中压强的应力比实行了探讨一下；张宝生等可以通过非常不足责任元探讨一下对SEMS2 单黑色材料上下封严的设备构造实行了提高效率；张毅等等用非常不足责任元对SEMS2 单黑色材料封严在单侧充压条件和有所与众不同工作任务中压强下实行了电力学探讨一下；张晓东等对SEMS2 单黑色材料封严实行了总装开发和轴承润滑油原理探讨一下。

　　单金属密封的动静环表面接触应力直接影响着单金属密封动静环端面间润滑油膜的形成和端面磨损，如果动静环端面内侧至外侧接触应力变化量很大，则会加剧端面间的磨损，使得单金属密封过早失效。而在双侧充压下，橡胶硬度和动环倾斜面斜度对动静环端面接触应力的影响没有相关人研究报道。针对SEMS2 单金属密封动静环端面内侧至外侧接触应力变化量很大的问题，本文作者分析对端面接触应力影响程度高的3 种关键参数———O型橡胶密封圈硬度、橡胶支撑环硬度和金属动环倾斜面角度，并进行有限元分析模拟。

1、SEMS2 单金属密封有限元模型及关键参数设计

　　1.1、物料类别

　　选取内径为70mm 的SMES2单金属密封，O 型橡胶密封圈和橡胶支撑环材料均为丁晴橡胶。由于橡胶为高度非线性材料，假设橡胶材料具有确定的弹性模量和泊松比；橡胶的拉伸与压缩蠕变性质相同; 蠕变不引起体积变化。选取近似不可压缩弹性材料的Mooney-Rivilin 模型描述超弹性材料在大变形情况下的特性，其表达式为

　　式中：W 为应对能密度单位；I1和I2为1、、二应对张量不便量；C1和C2为Mooney-Rivilin 模板中的食材性能参数。 　　1.2、最为关键的性能设置 　　SEMS2 单废金属材料封严重要由静环、动环、O 型硅胶封严圈和硅胶撑起、环形成，其空间结构图如下图2 如图所示。在这其中：α 为单废金属材料封严动环歪斜面立场。 　　致使响动环接口处的打交道内应力会受到O 型生聚氨酯建材建材封严圈和生聚氨酯建材建材支持力架环硬性各类动环倾倒面坡度的反应不大，则选用O 型生聚氨酯建材建材封严圈和生聚氨酯建材建材支持力架环的邵氏硬性值所对应着的建材性能参数值如表1 一样; 与此同时，单合金材料封严动环的倾倒面坡度α 的变动值分为选用:56°、60°、64°、68°和72°。 表1 不相同密度下胶的原材料主要参数

　　1.3、有限公司英文元型号和负荷步

　　在有限元软件ANSYS 中建立单金属密封的二维轴对称有限元模型。单金属密封的弹性模量为2.1 ×10⁵MPa，泊松比为0.3；橡胶的材料参数和弹性模量E 按表1选取，泊松比为0.499。模型单元选择plane182 轴对称单元; 橡胶接触对采用罚函数算法，动静环处接触对采用扩展拉格朗日算法。在深井、超深井钻井过程中，井下动力钻具和钻头等井下工具处于不同的井深位置时，外部环空流道的压力是不断变化的，内部润滑油压力和外部环空钻井液压差为0.3 ～0.5 MPa。选取内外部压差为0. 3MPa，边界条件为对支撑座的Y 方向进行约束，载荷步主要为两步，如表2 所示。

表2 SEMS2 单合金材料密封负载步

　　首个步为单五金填料密封性组装过程中 静环沿Y 轴负方向上活动，第一步为在组装成功后在O 型塑胶填料密封性圈和动环内样貌上释放内部人员研磨油工作压力值，在塑胶斜撑环和动环外样貌样貌上释放外观环空钻井设备混凝土工作压力值，力矩释放成功后十分有限第一单元模式长为3 如图。

图3 单金属材质密封性启动后不足元沙盘模型

2、结论

　　(1) 低电压工作法下，信息环排斥应力比应变由内层保养油侧至其他环空混凝土侧急剧增高；高压电工作法下，信息环处排斥应力比应变呈现出左边边界变化、前面平缓的生长情況。 　　(2) O 型圈密度越小，低压工程状况下响动环接受的面积地剪切力由内至外先变高、1.3 mm 后调低了大约且接受的面积地剪切力匀称形态的变化十分平缓，低压工程状况下响动环接受的面积地剪切力匀称越平缓，有益于调低响动环一端有损坏。 　　(3) 信息环交往扯力和的变化增长幅度在低压证书和直流电工程环境下均现在承载环坚硬程度的增强而增强。使用的坚硬程度小的天然橡胶承载环，也可以降低了封口隔绝外圆轮胎磨损增进封口隔绝工作任务耐用度。 　　(4) 在动环支持面斜度增长时，声响环打交道到扯力和的变动力度在低压低操作下均比较于缩减，在进行高压操作中打交道到扯力在打交道到行政区域中南部处的变动不太大而在两端最高值处则比较于缩减。是不缩减声响环打交道到触直径的状况下，做到增长动环支持面层面，有助于提高了良好的密封性上班耐用度。