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船舶设备液压阀块的有限元分析

发布于:2016-06-08 21:12
有限元分析

      三维辅助有限元分析App已在液压阀块设计中普遍应用,大幅度提高了阀块设计质量,缩短了设计周期。但目前所使用的场合大多局限在阀块孔道连通关系和装配辅助交互设计上,与阀块强度有关的孔道壁厚设计一般采用经验值,必需进一步在产品试验中加以验证。
      船舶设备中使用的液压阀块作为液压系统的核心零件,其集成化趋势明显,结构日益复杂,对可靠性要求一般都较高,并且阀块设计制造周期因工程进度因素大幅缩短,阀块首件试制一次性通过产品鉴定非常重要。对于结构复杂的液压阀块,难以采用普通应力公式进行计算,三维App附带的有限元分析工具包可以在设计阶段对阀块进行应力分析,确保阀块强度满足使用要求,并可根据分析结果对阀块进行轻量化设计。
      本研究对三维设计App(UG&ideas)的有限元分析工具包在船舶设备液压阀块强度校核中的应用加以简单先容。
      目前在船舶设备阀块设计时,其内部交叉孔道的壁厚一般根据经验值控制在(3~5)mm左右,但对于大量应用插装阀的集成控制阀块其内部孔道直径较大,以上壁厚强度远远满足不了该阀块的强度要求,而过大的壁厚又会造成材料的严重浪费,设备超重等问题。阀块有限元分析可辅助设计师在设计过程中对阀块进行优化设计,在保证强度的前提下使阀组轻量化,对于可靠性一般都要求较高、压力交变的阀块可适当提高安全系数,确保阀块可靠性,以下是在船舶设备某装置液压阀块的有限元分析实例。
      该阀块为典型的二通插装阀集成控制回路阀块,图为其中一种阀组及阀块孔道图,阀块采用35#钢锻件,经过探伤检查无内部缺陷,阀块外形尺寸350mm×300mm×300mm,回路主要由DN32通径插装阀组成,工作压力21Mpa。受设备安装条件及控制回路复杂性的限制,该阀块孔道关系极其复杂,因主体设备的可靠性要求高,在加工前对阀块进行强度校核和轻量化交互设计尤为重要。
      该阀块中各液压阀安装面的密封性及紧固螺钉拉应力等均已在各类工程实践中验证通过,阀块的有限元分析重点为阀块内部主孔道应力分析及强度复核,孔道交叉位置壁厚是校核的关键点,阀块中大部分DN06通径控制孔道对阀块本体强度影响极小,除与主孔道有薄壁位置的工艺孔外,其他孔道可忽略不计。图是该阀块简化后的有限元分析模型,在该模型中删除了对阀块强度影响不大的工艺孔道、吊装工艺孔和螺孔等,保留对阀块强度有影响的部分工艺孔或螺钉孔,并对腔孔小特征进行了适当处理,图是有限元分析模型及其分析结果示意图。


                                                                                  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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