针对上节中密封圈内部Mises应力分布情形和接触面接触压力分布情形，本节对密封圈进行选型，旨在通过选取合适的密封圈截面形状使密封圈内部Mises应力分布较为均匀，同时使接触面大部分区域都处于可靠密封状态。由于密封圈内部的Mises应力和接触面上的接触压力都是两端部位较大而中间较小的情形，因此可将密封圈的类型由八角环形密封圈置换为金属透镜密封圈［15］，其型号和尺寸按API 6A［16］和ASME B18.20标准选择。如密封圈与凹槽接触面为圆弧形，圆弧中间凸出来的部位在预紧后能提供更大的接触压力。
分别重新建立密封圈模型，使其接触面的圆弧曲率半径分别为密封圈半径的0.6倍、0.8倍、1.0倍、1.3倍、1.5倍、1.8倍，设定法兰预紧位移为0.12 mm，提取的密封圈内部Mises应力分布云图如图8.13所示。由图可见，随着接触面圆弧曲率半径变大，四个顶点处应力水平逐渐下降，而密封圈内部Mises应力水平逐渐上升。当圆弧曲率半径为0.6倍密封圈半径时，密封圈四个顶点处应力水平较大而内部大部分区域应力较低，这说明法兰的位移主要使材料在顶点处产生应变。由于应力集中区域较小，该区域的应变大部分为塑性应变，当螺栓松弛后密封圈可能因弹性回弹量不足而导致泄漏。
图8.13 不同截面形状的密封圈内部应力分布云图
（接触面的圆弧曲率半径分别为密封圈半径的0.6倍、0.8倍、1.0倍、1.3倍、1.5倍、1.8倍）
图8.14 预紧后密封圈的等效应变云图
接触面圆弧曲率半径为1.5倍、1.8倍密封圈半径时，密封圈内部都存在应力，相较而言其应力分布较均衡：四个顶点处应力值最大，此处材料产生弹塑性应变；从外至内其应力逐渐降低，内部主要为弹性应变，当螺栓松弛后可回弹防止泄漏。由图8.14的密封圈内部等效应变云图可看出，预紧后密封圈和凹槽都会发生应变。其中冷色表示受压，暖色表示受拉，颜色越深表示受拉（压）程度越深。可见密封圈整体都会发生受压变形，四个顶点处的变形最大。接头凹槽处主要发生受拉变形，在犄角处变形最大，可见在此处会产生应力集中效应［16］。(www.xing528.com)
针对密封圈曲率半径为1.5倍密封圈半径的算例，建立接头系统的三维模型重新计算，得到接头系统整体Mises应力分布云图，如图8.15所示，法兰部件和接头大部分区域应力非常小，密封圈和凹槽部分的应力变化较明显。单独将密封圈应力变化趋势提取出来，如图8.16所示，密封圈接触面上应力会随着预紧位移增加而上升，位移T=0.02 mm时，接触面某些部位应力较小而使整个应力云图呈不连续状态。由图8.17显示的接触面应变云图可见，此时接触面上的应变呈现间隔状分布，正常情况下围绕密封圈有一圈变形环，但是由于制造工艺问题会导致凹槽表面与密封圈接触处产生应力集中，如图中T=0.02 mm所示。此处可能已发生局部塑性变形，说明密封性能不良。当预紧位移逐渐增加而达到设定的0.12 mm时，接触面上大部分区域Mises应力处于320～520 MPa，整个密封面上应力分布均匀，应变变化连续。由图8.18亦可见，重新设计密封圈的截面形状后，相同预紧位移下接触面的接触压力较以往有较大提升。当预紧位移达到0.12 mm时，整条接触线上的接触压力都大于300 MPa，与加载内压50 MPa的比值大于6，证明此时整条密封线都处于良好的密封状态。
图8.15 接头的整体应力变化
图8.16 密封圈接触面上Mises应力云图变化趋势
图8.17 接触面上应变云图变化趋势
图8.18 改变密封圈截面形状后沿密封线的接触压力变化趋势
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