手機(jī)直線：
咨詢熱線：0571-56211150
大口徑閘閥(公稱通徑為350~1200 mm)在供水和工業(yè)管道上被廣泛應(yīng)用。閥體作為閘閥主要零件之一，其結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)對閥門總體性能有重要的影響。由于大口徑閘閥閥體受到結(jié)構(gòu)長度的限制，其容納閘板的內(nèi)腔通常為扁圓形或橢圓形的異形容器，很難用理論公式對其進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化也大多依靠工程經(jīng)驗(yàn)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和各類工程分析軟件的完善，工程技術(shù)人員將先進(jìn)的設(shè)計(jì)手段應(yīng)用于傳統(tǒng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)。在大口徑閘閥設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行閥體強(qiáng)度分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化已有許多成果。
然而，采用APDL語言在有限元軟件ANSYS中實(shí)現(xiàn)閥體三維參數(shù)化建模或者直接將閥體CAD參數(shù)模型導(dǎo)入ANSYS的方法，可能存在定義結(jié)構(gòu)參數(shù)的困難，也可能在建模或?qū)氲倪^程中會導(dǎo)致零件幾何信息的缺失，這些都會影響分析和設(shè)計(jì)的效率和精度.因此，本文以ANSYS Workbench(AWE)協(xié)同優(yōu)化分析平臺為建模工具，以某公司700Z40H16C(公稱壓力1.6MPa，通徑700 mm)型大口徑楔式閘閥為例進(jìn)行閥體的參數(shù)化建模和有限元強(qiáng)度分析。進(jìn)而以閥體質(zhì)量約束條件下應(yīng)力集中處的最大等效應(yīng)力作為目標(biāo)函數(shù)，以閥體結(jié)構(gòu)的基本尺寸作為設(shè)計(jì)變量，對閥體進(jìn)行結(jié)構(gòu)伏化設(shè)計(jì)。
700Z40H16C型大口徑楔式閘閥閥體結(jié)構(gòu)如圖1所示，閥體材料WCB，楊氏彈性模量E=206GPa，泊松比0.25，抗拉極限為482.8MPa，屈服極限為248.3MPa，許用應(yīng)力為120.69MPa。
閥體的實(shí)體模型應(yīng)該能準(zhǔn)確反映其實(shí)際結(jié)構(gòu)。同時，在保證計(jì)算精度的前提下，模型應(yīng)盡可能簡化。因此在建模過程中對閥體的一些不影響總體性能的特征進(jìn)行簡化處理，忽略閥體某些倒角幾何特征后，閥體參數(shù)化模型如圖1所示。
由于閥體為非規(guī)則的實(shí)體，因此采用10節(jié)點(diǎn)的四面體單元對模型劃分網(wǎng)格，劃分網(wǎng)格后的模型有110104個節(jié)點(diǎn)，55742個單元，確保分析結(jié)果的收斂性。
在閥體進(jìn)出口兩端法蘭端面施加固定約束，中法蘭端面施加Z方向約束；根據(jù)閥門水壓試驗(yàn)要求，在閥體內(nèi)表面施加2.4 MPa計(jì)算壓力，忽略中法蘭螺栓預(yù)緊力和閥體自重。
在2.4 MPa試驗(yàn)壓力下，按照第四強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)的閥體等效應(yīng)力云圖如圖2所示，閥體最大等效應(yīng)力為143.0 MPa，材料的許用應(yīng)力120.69 MPa，最大等效應(yīng)力超出材料許用應(yīng)力范圍。由于閥體中腔截面為近似橢圓體形狀，在體腔上部的四個導(dǎo)圓角部位及下部流道相貫區(qū)部位形狀發(fā)生突變，有明顯的應(yīng)力集中現(xiàn)象；最大應(yīng)力出現(xiàn)在閥體中腔與端法蘭之間的兩側(cè)肋板位置。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司www.zoners.com.cn，轉(zhuǎn)載請注明出處和相關(guān)鏈接！