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流量平衡閥可變過流面端帽的有限元分析

發布于:2016-03-17 19:20
有限元分析

      自動流量平衡閥帽是閥門領域的高新技術產品,它依靠內部安裝的高精度彈簧自動保持輸出流量的動態恒定,在供水供暖、石油化工等流體輸配系統中具有廣泛的應用。其核心部件—可變過流面端帽能夠根據流體壓力的變化改變過流面的開度,經常處于運動狀態,必須具有足夠的強度、剛度以及避免共振現象的產生。
      傳統閥門設計采用工程流體力學的半經驗公式,為了能夠計算,采用較多的假設和簡化,造成計算模型與實際結構形狀相差很大,無法得到精確計算結果。有限元分析法是一種有效的數值方法,它把連續彈性體分割為相連的單元組合件,以節點位移為基本未知量,通過位移函數的選取和關于節點位移線性代數方程組的求解,將無限自由度問題轉化為有限自由度問題。在產品設計初期,分析人員就能夠參與產開發,對所設計產品的強度、剛度以及動態特性等進行評價,為產品的設計開發提供依據,在保證設計要求的同時縮短開發進程。
      將在UG系統中建立的可變過流面端帽三維參數化模型以IGES數據格式導入ANSYS系統通過對其進行幾何與拓撲修補,形成實體模型。在導入模型和進行幾何與拓撲修復過程中,會造成模型幾何信息的丟失,這樣在ANSYS系統進行網格劃分形成的有限元模型不會完整。通過將丟失的幾何信息在UG系統原模型中進行網格的劃分,將節點和單元的文本文件轉化成ANSYS接受的格式,導入ANSYS系統已建立的有限元模型中,形成可變過流面端帽完整的有限元模型,如圖所示。
      可變過流面端帽所用材料種類為20CrMnTi不銹鋼,密度為7800kg /m3,彈性模量為2.1×E5MPa,泊松比為0.3。在ANSYS系統中采用三維四面體實體單元進行智能網格劃分,整個可變過流面端帽被劃分10425個實體單元。其中每個實體單元具有10個節點,每個節點有三個自由度,能夠模擬可變過流面端帽的受力和變形情況。
      自動流量平衡閥在工作壓差范圍內,可變過流面端帽受到流體的動態沖擊作用,對應的邊界條件是應力和位移,認為Z向位移為零。自動流量平衡閥工作狀況下,最大壓差為0.4MPa,在有限元分析中,將該壓力在可變過流面端帽外表面的法線方向上施加均布載荷,其載荷如圖所示。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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