【Ansys Mechanical】O-ring靜水壓防水模擬
產業普遍以IP國際防護等級認證評估防水效果，認證標準包括測試產品在特定水深與壓力下的防水表現。Ansys Mechanical可針對這類靜水壓條件進行模擬，預測產品在1公尺或更深水壓下的整體與局部防水表現，有效發現潛在漏水熱點，協助優化設計，提高通過IP認證的成功率，同時加速驗證流程，縮短研發時間。
首先介紹本模型(圖1-1)及其防水原理。模型中，O-ring受壓後產生壓縮力，與周圍零件產生緊配，進而抵抗水壓，達到防水效果，其中，O-ring受壓後產生的壓縮力，即為抵抗水壓的抵抗力，因此在設計上須先確保具備足夠的壓縮效果，即緊配效應。
本模型中，O-ring的受壓來自螺絲的鎖固，透過固定上下層結構對O-ring施加壓力(圖1-2)，最終達成所需的壓縮(圖1-3)。
再來是最重要的水壓相關設定，本次模擬目標為觀察產品在0~4m時的防水表現，設定主要分為兩部分：
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環境水壓：
Ansys Mechanical提供根據座標軸施加水壓的功能，但該功能目前無法根據step動態調整加壓數值。本模擬希望在單一分析中了解到0~4m的變化，故採用step線性加壓方式，並以pressure條件設定(圖2-1)。
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施加在O-ring的水壓：
會特別挪出來設定，是因為O-ring上的水壓分布取決於O-ring與周圍的黏接狀態，其水壓位置並非固定，為此，使用Fluid Penetration Pressur功能，由軟體自動依據O-ring與其餘部件的接觸力，判斷水是否滲透，並從設定的起始點延伸水壓分布(圖2-2)。
圖3
最後是結果解析，除正常的應力、變形圖外，Ansys Mechanical可以觀察contact的情況(圖3)，軟體會根據部件之間的連接狀況，分類出相對應的顏色，其中黏住(橘色)與滑動(黃色)較為重要，黏住狀態代表水壓不會於此處滲透，滑動則表示水壓會滲透，以此判斷局部位置處防水性能的好壞。從圖中可見，螺絲附近多為黏住(橘色)區域，顯示其接觸良好、防水效果佳，反觀無螺絲處接觸較弱，據此判斷哪些地方的設計需要進行更動、優化。
圖4
單靠contact結果難以準確判斷水是否滲透，因此有一個特別設定專門觀察水壓的滲透情況(圖4)，透過該設定能清楚顯示水壓的實際入侵情況，由於模擬中無外力介入造成壓力，因此圖中任何非0壓力值皆表示水已滲透。以本模型為例，O-ring 目的為阻止水壓侵入中心區域，若內側壓力為 0，就代表水壓沒有成功穿過O-ring與周圍部件之間的縫隙，即防水成功。軟體能以視覺化方式快速判定防水效果，簡單直觀。