C4鋼閥門對大口徑蝶閥的有限元分析與設(shè)計(jì)
近年來,許多工業(yè)企業(yè)還根據(jù)需要,提出了一些大型閥門(如直徑為Φ5350mm)的設(shè)計(jì)制造問題。然而,根
據(jù)現(xiàn)有的閥門設(shè)計(jì)手冊和相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),還很缺乏有關(guān)大口徑閥門的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料,同時行業(yè)內(nèi)也缺乏對大型閥門
的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。因此,需對其進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的計(jì)算分析,需要對其進(jìn)行變形與受力分析計(jì)算。然后根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行
設(shè)計(jì)。從而保證其具有良好的密封性和足夠的強(qiáng)度。但是,由于閥門結(jié)構(gòu)的特殊性,很難用的力學(xué)方法進(jìn)行
分析計(jì)算,只有采用有限元方法來分析計(jì)算。采用有限元方法,對直徑為Φ5350mm蝶閥的閥體和蝶板進(jìn)行分析計(jì)
算,以便為其結(jié)構(gòu)合理和設(shè)計(jì)優(yōu)化提供理論依據(jù),避免造成不必要的材料浪費(fèi)。
原理:
有限元分析法的實(shí)質(zhì)是通過兩次近似將具有無限多個自由度的彈性連續(xù)體為只有有限個自由度的單元
集合體,使問題簡化為適合于數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)問題。一次近似為單元分割,精確的邊界被離散為簡單的邊界,
連續(xù)的物體被離散為一系列只有節(jié)點(diǎn)相連的單元,結(jié)構(gòu)離散也稱為網(wǎng)格劃分,離散而成的單元集合體將替代原來
的彈性連續(xù)體;第二次近似為真實(shí)復(fù)雜的位移分布被近似地表示在分析結(jié)果圖形中,可以直觀的看到分析計(jì)算結(jié)
這里需要說明的是目前有限元分析法的地發(fā)展及實(shí)際應(yīng)用借助了一個重要的工具:在實(shí)際計(jì)算中使用了計(jì)算
機(jī)。利用計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)化軟件進(jìn)行分析計(jì)算,很大地提高了分析速度,在實(shí)際應(yīng)用中起到了非常重要的作用。
1 閥門的結(jié)構(gòu)
本閥門采用三偏心結(jié)構(gòu),閥體為雙法蘭加環(huán)筋式;蝶板為異型板式,其上合理地布置不同形式的筋板,其結(jié)
構(gòu)是比較復(fù)雜的,采用手工計(jì)算工作量較大,因此采用三維有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算。
2 閥體的有限元計(jì)算分析
結(jié)構(gòu)離散是有限元法的基礎(chǔ)。所謂結(jié)構(gòu)離散化就是將要分析的彈性連續(xù)體按照一定的規(guī)則分成有限個單元體
的集合,使相鄰單元在節(jié)點(diǎn)處連接,單元之間的載荷也僅由節(jié)點(diǎn)來傳遞。結(jié)構(gòu)離散也稱為網(wǎng)格劃分,離散而成的
單元集合體將替代原來的彈性連續(xù)體,所有的計(jì)算分析都將在這個計(jì)算模型上進(jìn)行。
首先建立閥體簡要結(jié)構(gòu)的有限元模型。
2.1 邊界條件的確定
閥體的變形主要受閥體本身自重和閥門其他部件(如閥板、動力裝置)重量的影響,因此在計(jì)算時要充分考
慮其他部件的重量,我們選擇閥門在豎直放置時閥體的變形計(jì)算,加載整體Y向3g重力加速度,閥體底部也加載Y
向及X向約束,同時考慮到閥門孔徑較大,會出現(xiàn)管道端面效應(yīng),因此要在兩片法蘭上加載閥門Z向約束。