研究背景：

近年来，工业发展和科技进步推动了高压容器应用的扩大，其使用环境变得更为复杂和苛刻，包括高温、高压以及内部压力的波动。在这种环境下，端面密封的性能要求更加严格。PTFE矩形密封圈因其良好的化学稳定性和耐高低温性能，在多个行业中广泛使用。此研究针对PTFE矩形密封圈的压缩回弹性能进行仿真分析，以优化其设计和性能。

研究内容：

PTFE密封圈在压缩过程会产生塑性变形，卸载后不能完全恢复到初始状态。其性能分析中，B点是压缩阶段达到密封介质压力所需接触应力的最小值，C点为矩形圈达到最佳密封性能的状态。卸载阶段，D点是密封失效所需接触应力的阈值。仿真中认为，当密封面上的最大接触应力低于密封介质压力时，密封将失效。在回弹阶段，被压缩的矩形圈必须恢复到初始状态，以补偿因分离引起的应力损失，确保密封面间的接触应力始终高于密封介质压力。这要求矩形圈在初始压缩下具有足够的回弹量。等效应力（Von-Mises 应力）是评价材料是否发生屈服的重要指标，应力越大的区域，密封圈产生裂纹或永久变形的风险越高。

数值模拟：

为了简化分析，采用二维轴对称模型进行仿真，考虑到密封结构和受力的对称性。模型分为两种情况：无沟槽限制时使用图2左的模型，放置在沟槽时使用图2右的模型。使用的材料为PTFE，在压缩过程中存在塑性变形，采用双线性等向硬化模型来描述其力学性能。

模拟包括两对接触：盖板与密封圈之间、沟槽与密封圈之间的摩擦接触，摩擦系数取0.1，接触行为为非对称，接触算法选择增广拉格朗日，开启大变形选项。在计算过程中，因涉及材料和结构的非线性，设置牛顿-拉普森选项为非线性。模拟压缩-回弹过程时，限制沟槽的自由度，设置三个载荷步，将压缩过程分为两步，防止初始压缩幅值过大导致结果异常。第一步施加较小位移幅值，第二步施加达到指定压缩率所需的位移，施加介质压力时使用APDL语言的“sfe”命令加载流体渗透压力，以适应接触状态并尽可能真实地模拟密封过程。第三步中，撤去介质压力，用于模拟卸载过程。主要结果显示，通过仿真分析，优化了PTFE矩形密封圈的压缩回弹性能，提高了其在复杂工作环境中的应用可靠性。