Page 130 - 《橡塑技术与装备》2026年2期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

25% 的范围内，选取多种工况进行验证，结果表明该 [5] 刘鹏，宋文杰，蒋庆林，等 . 深海高压环境下 O 形密封圈的
密封性能研究 [J]. 液压与气动，2017,(04):66-70.
理论模型的平均误差为 5.9%，最小误差为 1.6%，最
[6] 王志翔，李俊，张毅 . 海上水合物开采泵输系统旋转动密封性
大误差为 10.9%。 能分析 [J]. 石油机械，2020,48(12):67-72.
（2）O 形橡胶密封圈的接触宽度随压缩率的增大 [7] Karaszkiewicz A. Geometry and contact pressure of an
O-ring mounted in a seal groove[J]. Industrial & engineering
而显著增加 ；在邵氏硬度差异较小的情况下，不同硬
chemistry research, 1990, 29(10):2 134-2 137.
度 O 形圈的接触宽度趋于一致。表明压缩率是影响 O
[8] Johnson K L. Contact Mechanics[M]. Cambridge: Cambridge
形圈接触宽度的关键因素，而在小范围硬度变化时， University Press, 1985.
硬度对接触宽度的影响并不显著。 [9] 刘萌，王青春，王国权 . 橡胶 Mooney-Rivlin 模型中材料常数
的确定 [J]. 橡胶工业，2011,58(04):241-245.
（3）O 形圈压缩时，压缩率增加使接触压力、等
[10] Ogden R W. Non-linear elastic deformations[M]. Dover
效压力均增大 ；材料硬度越大，压力整体水平越高 ； Publications, 1984.
前期压力有波动，后期趋于平稳上升，变化规律渐趋 [11] 刘铖，田强，胡海岩 . 基于绝对节点坐标的多柔体系统动力学
高效计算方法 [J]. 力学学报，2010,42(06):1 197-1 205.
一致。
[12] 任全彬，陈汝训，杨卫国 . 橡胶 O 形密封圈的变形及应力分
析 [J]. 航空动力学报，1995,(03):38-41+107.
参考文献 ： [13] 黄邵军，赵刚，董元平，等 . 水下容器大型设备法兰 O 型圈
[1] 翟浩东 . 封隔器配套用 O 形圈性能研究 [D]. 中国石油大学 ( 华 密封计算 [J]. 石油和化工设备，2024,27(11):164-167+175.
东 )，2018. [14] 范宗瑞，张健，霍肇波，等 . 环形丁腈橡胶件静刚度的有限元
[2] 郑文明，刘雨，刘森 . 浅谈 O 形密封圈管理 [J]. 液压气动与密封， 模拟 [J]. 机械工程材料，2024,48(01):93-98.
2021,41(08):64-68. [15] 刘杰夫，吕晓仁 . 泥水盾构机密封用 O 形圈静态接触应力分析
[3] 饶建华，陆兆鹏 .O 形橡胶密封圈配合挡圈密封的应力与接触压 [J]. 润滑与密封，2019,44(12):69-74.
力有限元分析 [J]. 润滑与密封，2009,34(05):65-68. [16] 伊建磊 . 服役条件下特殊航空材料的本构模型修正和疲劳预测
[4] 夏制，苏东海，常昊，等 . 基于流固耦合的 O 型圈高压密封 方法研究 [D]. 天津大学 ,2022.
研究 [J]. 重型机械，2023,(02):66-71.

Theoretical modeling and finite element analysis of the contact width of
O-ring rubber seals

Liu Peng, Yin Chuan, Huang Long, Zhang Peng, Lin Lijun
(College of Mechanical Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, Sichuan, China)
Abstract: As a crucial downhole flow control tool, the O-ring contact width of the downhole intelligent
sliding sleeve is a key parameter for assessing the sealing performance of the tool. This paper establishes a
contact width prediction model for the O-ring seal in petroleum downhole applications. Based on the Hertz
contact theory, the Mooney-Rivlin hyperelastic theory is introduced to characterize the nonlinear mechanical
properties of rubber materials, and the expression for contact width is derived. The ANSYS finite element
analysis results show that the average error of the established contact width prediction model is 5.9%, with
a minimum error of only 1.6% and a maximum error of 10.9%. This provides theoretical support and data
reference for the structural design, performance optimization, and engineering application of O-ring rubber
seals in petroleum downhole applications.
Key words: smart sliding sleeve; O-ring; contact width; super-elasticity; finite element simulation
(R-03)

2
·78· 第 52 卷 第 期