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流量平衡阀可变过流面端帽的有限元分析

发布于:2016-03-17 19:20
有限元分析

      自动流量平衡阀帽是阀门领域的高新技术产品,它依靠内部安装的高精度弹簧自动保持输出流量的动态恒定,在供水供暖、石油化工等流体输配系统中具有广泛的应用。其核心部件—可变过流面端帽能够根据流体压力的变化改变过流面的开度,经常处于运动状态,必须具有足够的强度、刚度以及避免共振现象的产生。
      传统阀门设计采用工程流体力学的半经验公式,为了能够计算,采用较多的假设和简化,造成计算模型与实际结构形状相差很大,无法得到精确计算结果。有限元分析法是一种有效的数值方法,它把连续弹性体分割为相连的单元组合件,以节点位移为基本未知量,通过位移函数的选取和关于节点位移线性代数方程组的求解,将无限自由度问题转化为有限自由度问题。在产品设计初期,分析人员就能够参与产开发,对所设计产品的强度、刚度以及动态特性等进行评价,为产品的设计开发提供依据,在保证设计要求的同时缩短开发进程。
      将在UG系统中建立的可变过流面端帽三维参数化模型以IGES数据格式导入ANSYS系统通过对其进行几何与拓扑修补,形成实体模型。在导入模型和进行几何与拓扑修复过程中,会造成模型几何信息的丢失,这样在ANSYS系统进行网格划分形成的有限元模型不会完整。通过将丢失的几何信息在UG系统原模型中进行网格的划分,将节点和单元的文本文件转化成ANSYS接受的格式,导入ANSYS系统已建立的有限元模型中,形成可变过流面端帽完整的有限元模型,如图所示。
      可变过流面端帽所用材料种类为20CrMnTi不锈钢,密度为7800kg /m3,弹性模量为2.1×E5MPa,泊松比为0.3。在ANSYS系统中采用三维四面体实体单元进行智能网格划分,整个可变过流面端帽被划分10425个实体单元。其中每个实体单元具有10个节点,每个节点有三个自由度,能够模拟可变过流面端帽的受力和变形情况。
      自动流量平衡阀在工作压差范围内,可变过流面端帽受到流体的动态冲击作用,对应的边界条件是应力和位移,认为Z向位移为零。自动流量平衡阀工作状况下,最大压差为0.4MPa,在有限元分析中,将该压力在可变过流面端帽外表面的法线方向上施加均布载荷,其载荷如图所示。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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