垫片密封在工程中是非常重要和常见的，通过有限元对其进行分析，对结构优化设计和安全校核都有着重要的意义。垫片的工作特点如下：

（1）垫片在不同组件之间传递了接触力（密封力），一般工作在压缩状态下；

（2）其承力在厚度的法线方向。因此一般不考虑其横向的剪切力；

（3）垫片的的力学特性表现为材料非线性。它有复杂的加载-卸载曲线。

在ANSYS中，专门为垫片定义了一种Gasket材料模型用于分析密封效果，此材料是高度非线性的，能够模拟加载-卸载过程。

对于三维实体单元，ANSYS中有INTER194（高阶16节点单元）和INTER195（低阶8节点单元），他们的主变形方向即垫片的厚度方向，划分网格只需要一层，该单元在Workbench中的输出结果Gasket Stress为Normal Stressx方向（单元局部坐标系）。一般用于密封的垫片材料有钢，橡胶，特氟龙，复合材料等。

本文所选材料为C-4401SS，特性曲线如图1所示，材料模型采用了单一卸载过程特性曲线。在Workbench中可以通过插入命令流来定义特殊的材料属性，如下图所示。

C-4401SS 垫片材料参数曲线

Workbench中插入垫片材料的命令流

在此我们讨论更常见的钢板和垫片不一致的网格划分的情况下各种因素对分析结果的影响，包括接触设置，接触算法，单元类型。基于的几何模型如图 3 所示：上下 2 块 30×30×5 的钢板，中间为 30×30×1 的垫片。固定在下钢板的底面，在上钢板的顶面施加 1Mpa 的压力。

通过在网格工具里面的控制中间节点Kept或者Dropped可以调节单元的高阶或者低阶。下图中Aug.表示Augmented Lagrange，Nor.表示Normal Lagrange，Sym.表示对称接触，Asy.表示非对称接触设置。

从结果可以看出，采用对称接触会引入很大的误差，特别是在Aug.算法和INTER194单元的情况下，通过采用低阶单元INTER195，情况有所改善；同样Nor.算法也比Aug.算法好，因为Nor.算法不带来穿透，对称与不对称的接触设置对其影响较小。通过使用对称接触，所有模型的结果都比较接近1Mpa。

（1）针对工程中的密封问题，ANSYS提供了Gasket材料模型来模拟，在ANSY Classic界面和Workbench界面下均可实现；

（2）通过与测试数据比较，发现ANSYS计算可以比较准确的模拟垫片接触问题，可以在设计阶段就为工程师提供很多帮助。