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船用蝶阀的有限元剖析与预设

近年来,很多公司还依据需求,提出了一点大型船用阀门(如直径为Φ5350mm)的预设制作问题。不过,依据现存的船用阀门预设手册和相应的标准,还很匮缺相关大口径船用阀门的设统计据资料,同时内也匮缺对大型船用阀门的预设经验。因为这个,需对其施行周密正确的计算剖析,需求对其施行变型与受力剖析计算。而后依据其最后结果施行预设。因此保障其具备令人满意的严密封闭性和足够的强度。不过,因为船用阀门结构的特别性,很难用经典的力学办法施行剖析计算,只有认为合适而使用有限元办法来剖析计算。认为合适而使用有限元办法,对直径为Φ5350mm船用蝶阀的阀体和蝶板施行剖析计算,以便为其结构合理和预设优化供给理论根据,防止导致不不可缺少的材料耗费。


  有限元剖析法的本质是经过两次近似将具备无限多个自由度的弹性蝉联体理想化为只有有限个自由度的单元聚齐体,使问题简化为适应于数字求解的结构问题。首次近似为单元瓜分,非常准确的边界被失散为简单的边界,蝉联的物体被失散为一系列只有节点衔接的单元,结构失散也称为网格区分清楚,失散而成的单元聚齐体将代替原来的弹性蝉联体;第二次近似为真实复杂的位移散布被近似地表达在剖析最后结果形中,可以直观的看见剖析计算最后结果。

  这处需求解释明白的是到现在为止有限元剖析法的地进展及实际应用借助了一个关紧的工具:在实际计算中运用了计算机。利用计算机的系统化软件施行剖析计算,莫大地增长了剖析速度,在实际应用中起到达十分关紧的效用。

  1 船用阀门的结构

  本船用阀门认为合适而使用正结构,阀体为双法兰加环筋式;蝶板为异型板式,其上合理地安置不一样方式的筋板,其结构是比较复杂的,认为合适而使用手工计算办公量较大,因为这个认为合适而使用三维有限元剖析软件施行计算。

  2 阀体的有限元计算剖析

  结构失散是有限元法的基础。所说的结构失散化就是即将剖析的弹性蝉联体依照一定的规则分成有限个单元体的聚齐,使相邻单元在节点处连署,单元之间的负荷也仅由节点来传交。结构失散也称为网格区分清楚,失散而成的单元聚齐体将代替原来的弹性蝉联体,全部的计算剖析都将在这个计算板型向上行。

  首先树立阀体简单扼要结构的有限元板型。

  2.1 边界条件确实认

  阀体的变型主要受阀体本身自重和船用阀门其它器件(如阀板、动力装置)重量的影响,因为这个在计算时要充分思索问题其它器件的重量,我们挑选船用阀门在竖直安放时阀体的变型计算,加载群体Y向3g重力加速度,阀体底部也加载Y向及X向约束,同时思索问题到船用阀门孔径较大,会显露出来管道端面效应,因为这个要在两片法兰上加载船用阀门Z向约束。

  2.2 受力事情状况剖析

  因为船用阀门跟前径大,普通都认为合适而使用钢板烧焊结构,因为这个主要思索问题的是船用阀门整身体的重量量对阀体的影响,防止阀体有较大自重变型,因此影响船用阀门的正常运用,由重力加速度为g,但其实从安全角度思索问题,我们按3g计算。加载Y=3g,经过有限元剖析计算可以得出阀体在3倍重力加速度下的自重变型事情状况。下为阀体变型事情状况,由可知其最大变型量为0.6mm。


  3 阀板的有限元计算剖析

  依据过去船用阀门预设经验,先给定阀板上的主板及其筋板一个尺寸,因为其归属异型板,因为这个要准确树立其群体刚度矩阵,做群体有限元剖析,因为这个要群体建模,这么可以保障整个儿蝶板板型的蝉联性和受力关涉性,保障其计算最后结果正确。

  3.1 边界条件确实认

  办公时电机经过降低速度机帮带阀轴及阀板一块儿转动。而阀轴经过阀板上的连署件将转矩传交到阀板上的,当阀板遭受流体媒介效用力气后也是经过连署件将力传交到阀体上的,因为这个阀板上连署件处的约束条件应为:X,Y,Z的三个移动坐标要限止,以及他们的三个转动坐标也要限止。故将连署件内壁相片比本人好看应单元的节点视为固定点,其位移和转角儿均为零。

  3.2 受力事情状况剖析

  首先思索问题流体媒介的效用,本预设中办公压力为0.1MPa(1.0kg/cm2),但其实从安全角度思索问题,我们按Pressure=0.3MPa(3kg/cm2)计算。

 阀板变型前后产发生变故形的事情状况,其变型最大位置在铅直于阀板转动轴的核心面上的最外点,本例中最大变型为Zmax=0.21mm。

  4 最后结果剖析
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  船用阀门变型剖析是在船用阀门主要器件在受力后会产发生变故形,经过最后结果可以很便捷地仔细查看和剖析变型后的事情状况,并对构件变型前后的状态施行剖析相比较,也可得出构件前一任官吏意点的变型体积。经过计算剖析,假如构件在受力后的变型超过了准许范围或变型极小,则对付结构(如厚度)施行改正,因此得出合理的结构。

  船用阀门应力剖析是在船用阀门受力剖析后会萌生应力,且可以通不为己甚析最后结果笔直观的将构件上的最大应力找出来,从受力这一角度对构件结构的合理性施行剖析和优化,在应力大的位置合理采取安置增强筋等形式对船用阀门增强。

  由上剖析可见,经过对船用阀门主要器件的受力计算应力剖析和受力后的变型计算剖析,可以找出结构上应力最大和变型最大的位置,二者相接合,对船用阀门结构施行改正,得出合理的结构,保障其有足够的强度和刚性,防止结构笨重,导致材料、资料和能量物质的耗费,减低制导致本。

  5 论断

  经过对船用阀门施行摹拟剖析与计算,可以得出以下论断:
(1)可以计算出船用阀门器件上到处应力,并显露出应力值,因此找出应力最大的位置,并加以优化,在产品的预设阶段发觉潜伏的问题,因此减损尝试回数,因此减损尝试经费。
(2)可以显露出阀板受力后的变型,也可得出来担任一点儿的变型值。本例中阀板变型最大的位置是铅直于阀板转动轴的核心面上的最外点,可以有针对性地增强,防止原材料的耗费。
(3)经过计算与剖析,使结构预设合理化和优化,保障预设对象有足够的强度和刚度,节省资源,减低成本。
(4)产品和工程的靠得住性获得保障;缩减了产品投向市场的时间。
(5)对显露出来问题的船用阀门进做事故剖析,查寻问题端由。

  有限元剖析技术在船用阀门预设中的应用使船用阀门预设水准发生了质的飞跃,经过对船用阀门关键结构施行应力计算和剖析后,给出了船用阀门预设的引导性意见。

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