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自動流量平衡閥帽是閥門領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品，它依靠內(nèi)部安裝的高精度彈簧自動保持輸出流量的動態(tài)恒定，在供水供暖、石油化工等流體輸配系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。其核心部件—可變過流面端帽能夠根據(jù)流體壓力的變化改變過流面的開度，經(jīng)常處于運動狀態(tài)，必須具有足夠的強度、剛度以及避免共振現(xiàn)象的產(chǎn)生。
傳統(tǒng)閥門設(shè)計采用工程流體力學(xué)的半經(jīng)驗公式，為了能夠計算，采用較多的假設(shè)和簡化，造成計算模型與實際結(jié)構(gòu)形狀相差很大，無法得到精確計算結(jié)果。有限元分析法是一種有效的數(shù)值方法，它把連續(xù)彈性體分割為相連的單元組合件，以節(jié)點位移為基本未知量，通過位移函數(shù)的選取和關(guān)于節(jié)點位移線性代數(shù)方程組的求解，將無限自由度問題轉(zhuǎn)化為有限自由度問題。在產(chǎn)品設(shè)計初期，分析人員就能夠參與產(chǎn)開發(fā)，對所設(shè)計產(chǎn)品的強度、剛度以及動態(tài)特性等進行評價，為產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)提供依據(jù)，在保證設(shè)計要求的同時縮短開發(fā)進程。
將在UG系統(tǒng)中建立的可變過流面端帽三維參數(shù)化模型以IGES數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)通過對其進行幾何與拓撲修補，形成實體模型。在導(dǎo)入模型和進行幾何與拓撲修復(fù)過程中，會造成模型幾何信息的丟失，這樣在ANSYS系統(tǒng)進行網(wǎng)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(tǒng)原模型中進行網(wǎng)格的劃分，將節(jié)點和單元的文本文件轉(zhuǎn)化成ANSYS接受的格式，導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)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(tǒng)中采用三維四面體實體單元進行智能網(wǎng)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(jié)點，每個節(jié)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(nèi)，可變過流面端帽受到流體的動態(tài)沖擊作用，對應(yīng)的邊界條件是應(yīng)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(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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