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齒嚙式快開容器可分為帶平封頭的、帶凸形封頭的。其中帶凸形封頭的主要用于中、低壓壓力容器，工作壓力一般在0.8～6.4MPa之間，工作溫度在200℃左右。齒嚙式快開結(jié)構(gòu)法蘭密封多采用Y形橡膠密封圈，Y形圈的密封性能對齒嚙式快開容器的安全運行具有重要影響。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，有限元分析技術(shù)被運用于橡膠密封圈的研究，諶彪等利用ANSYS分析了不同工作壓力下Y形密封圈的Von-Mises應力和接觸應力分布，并預測了Y形密封圈可能出現(xiàn)裂紋的位置；Manfred Achenbach利用計算機仿真預測了密封圈不同環(huán)境下的使用壽命；谷云慶等利用數(shù)值模擬分析了壓縮量及密封圈表面仿生凹坑對密封性能的影響。目前大多數(shù)的研究都集中液壓元件密封圈密封性能的有限元分析。本文采用有限元分析方法對齒嚙式快開壓力容器密封圈進行數(shù)值模擬，分別研究了壓力容器不同內(nèi)壓、法蘭間隙以及工作溫度對密封圈密封性能的影響。
齒嚙式快開裝置的密封結(jié)構(gòu)如圖所示。密封槽開在筒體法蘭上，接觸面1為密封槽內(nèi)側(cè)面與Y形圈接觸面、接觸面2為密封槽外側(cè)面與Y形圈接觸面、接觸面3為封頭法蘭與Y形圈接觸面，如圖2所示。根據(jù)密封結(jié)構(gòu)的軸對稱特點，選取Y形密封圈的一個二維截面進行分析，其截面主要尺寸H=2mm，θ=80°，如圖所示，其中。筒體法蘭、封頭法蘭及橡膠密封圈均采用二維實體單元plane183、自由網(wǎng)格劃分。
有限元分析采用ANSYS軟件，容器材料為Q345R，其彈性模量E=209GPa，泊松比γ=0.3；密封圈材料近似為不可壓縮的超彈材料，密封圈材質(zhì)為丁腈橡膠（NBR），硬度為IRHD85（國際橡膠硬度等級），線膨脹系數(shù)為1.2x10-4。橡膠材料模型采用Mooney-Rivlin模型函數(shù)更貼近橡膠材料的真實特性且被大量的實驗驗證，其應變能偏量部分有關的材料常數(shù)C10和C01可由實驗獲得的經(jīng)驗公式根據(jù)橡膠材料的硬度計算得出分別為1.87和0.47，該橡膠材料許用剪切強度為4.6MPa。
選取密封槽及封頭法蘭表面為目標面，密封圈表面為接觸面。模型中的接觸對由接觸單元conta172和目標單元targe169配對組成。
齒嚙式快開裝置密封系統(tǒng)Y形密封圈Y唇朝向密封槽內(nèi)側(cè)，在無內(nèi)壓時，密封圈依靠密封唇尖變形產(chǎn)生的接觸壓力形成初始密封，在升壓的過程中密封腔與外供介質(zhì)源相通，在工作階段，將密封槽與釜體內(nèi)腔相通，起到自封自緊作用。
根據(jù)齒嚙式壓力容器工作原理，對Y形圈施加以下邊界條件：
1）對密封圈左側(cè)封頭法蘭施加固定約束，對密封圈上下兩側(cè)密封槽施加左右方向的固定約束；為使得如圖3中密封槽恢復到實際寬度，對密封圈上側(cè)密封槽施加-1.25mm的位移載荷，對密封圈下側(cè)密封槽施加1.25mm的位移載荷。
2）密封槽內(nèi)腔施加相應的內(nèi)壓載荷之后再對密封圈內(nèi)側(cè)裸露面施加相應的內(nèi)壓載荷。
利用有限元軟件ANSYS對Y形密封圈進行有限元分析，得出相應的接觸壓力、Von-Mises應力分布。Von-Mises應力反映了截面上各主應力差值的大小，一般來說，Von-Mises應力越大，越會加速橡膠材料的松弛，造成剛度下降，容易出現(xiàn)裂紋。接觸應力大于或等于工作內(nèi)壓載荷是Y形密封圈保證密封能力的必要條件，因此接觸應力是密封失效判據(jù)的首要條件。
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