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    秦柳U,申劍坤\孫宏祥

    作者:admin來源:本網 日期:2018-4-2 8:53:12 人氣: 標簽:

      秦柳基于SolidWorks和Algor的閥門建模分析秦柳U2,申劍坤孫宏祥1 G川慶鉆探工程有限公司安全環保質量監督檢測研究院,廣漢618300;2西南石油大學,成都610500)開閥體的開發設計與改進。如何開發設計出等強度的閥體、如何改進閥體的結構以減少閥體的應力集中現象,開發更為合理、經濟的閥門,直都是討論的話題。筆者是利用SolidWorks三維軟件,分別建立平板閥的閥體、閥板、閥座等零部件,在SolidWorks中實現平板閥的虛擬裝配工作,應用SolidWorks和Algor軟件無縫集成,將閥門中的主要部件導入Algor軟件中,進行有限元靜力學分析,根據分析結果,找出應力集中的地方,提出基于理論分析的改進方案。

      閥門是流體輸送系統中的控制部件,具有導流、截流、調節、節流、防止倒流、分流或溢流卸壓等功能10.油田上所用的采油(氣)井口裝置(如)、壓井節流管匯(如)主要是由平行式閘閥構成,―般分為明桿帶尾桿,明桿不帶尾桿,暗桿閥3種類型。而筆者以PFF650明桿不帶尾桿平板閥為例說明,明桿不帶尾桿的閥門具有加工方便、現場安裝占用空間小的優點。:2009 -h工程師,學士,研究方向為石油產品的>節流管匯造型功能,在機械設計和石油井控產品中的應用也比較廣泛。但有限元分析功能不如Algor功能強大,Algor是新一代的CAE分析工具,具有良好的中文界面,在汽車、電子、航空航天、醫學、軍事、電力系統、石化、土木工程、微機電系統、日用品生產等諸多領域中均得到了廣泛的應用,Algor具有完善的有限元分析功能,并能與所有CAD軟件進行無縫連接,盡管Algor有定的三維建模功能,但對于復雜的機械系統,Algor的建模還是不及SolidWorks軟件0,而目前筆者綜合考慮SolidWorks和Algor的國人習慣,所以筆者選用SolidWorks和Algor軟件來聯合建模分析。SolidWorks擁有強大的實體和曲面染而成,建好的實體模型如。

      從和我們可以看出,手動明桿不帶尾桿平板閥按傳統的方法,設計繁瑣,而且設計開發周期長,不便于修改,人工和資源浪費大;將計算機輔助設計CAD(computeraideddesign)、計算機輔助工門的設計、生產與制造中,用CAD軟件完成所有零件結構設計,對所設計的閥門進行實體仿真裝配,進行動態干涉檢查;再用CAE軟件對零件進行各種復雜的有限元分析,優化設計參數,最終完成產品設計。從而大大減少人力、物力和財力,縮短產品設計周期,明顯降低強度校核的偏差0.國內外生產閥門的企業都引進了CAD、CAE技術,更有甚者引進了CAM(computeraidedmanufacturing)技術,將這些先進技術的運用于閥門生產加工中,將大大降低生產成本,提高企業競爭力。

      傳統設計流程國內有學者用PRO/E軟件建模,ANSYS軟件分析2,單ANSYS軟件是全英文界面,不符合中國優缺點,在現有的技術水平基礎上,有效地將三維建模軟件SolidWorks和Algor有限元分析軟件相結合,利用SolidWorks三維建模功能很強的特點實現閥門主件的三維實體模型建立,然后將模型導入Algor進行有限元分析,從而實現用計算機完成零件設計和分析。

      現代CAD、CAE設計流程1實體模型的建立1.1用SolidWorks建立閥門的三維實體模型建模過程中應特別注意單位的設置,如長度、質量、時間時,要求單位必須一致。在SolidWorks中建立每一種零部件的單位都應設定為國際單位制“MKS”

      同樣在創建裝配圖時也要注意這個問題。在Algor中也要注意單位的設置,設置為國際單位制"SI“。

      1.2平板閥軸側裝配圖閥門一般由閥體、閥蓋、閥板、閥座、閥桿、手輪、密封件等部件(如)組裝而成,閥門軸側裝配圖是應用SolidWorks中的裝配功能生成的,并最終呃手輪闊桿螺母閥蓋2閥體的有限元分析2.1閥體模型的導入由于閥體結構為前后左右對稱結構,依據模型簡化理論,將閥體分割成1/2.通過Algor與Solid-Works軟件的無縫接口,將閥體模型導入Algor中,Algor軟件自動調用SolidWorks模塊,從而實現了二者之間的無縫連接,真正做到了CAD,CAE的一體化。比較導入前、后的模型可見,模型沒有發生扭曲、丟面、多面等現象,確保了信息的完整(如、),不需要進行曲面修補。

      PFF系列一法蘭式平行閘閥閥門構成圖(明桿不帶尾桿閥)裝配好的閥門Algor中閥體的三維模型2.2設置單元類型并劃分網格0劃分網格后的閥體有限元模型1.3平板閥閥體模型平板閥閥體的建模有4個過程:繪制曲面草圖。

      設定該草圖與中法蘭及端面法蘭草圖的位置關系。

      拉伸曲面。

      鉆孔。

      建好的閥體實體模型如。

      閥體的三維模型網格劃分是建模中非常重要的個環節,網格劃分的好壞將直接影響計算結果的準確性和計算精度,甚至會因為網格劃分不合理而導致計算不收斂。根據該閥體的結構特點、載荷類型以及分析的需要,選擇單元類型為塊單元,網格劃分尺寸應不大于閥體的最小壁厚值,將劃分比例設置為60%,最后采用自由網格劃分的方法進行網格的劃分,劃分比例越低,網格越細。耗用內存越多,計算時間越長,劃分結3設置材料屬性抗拉強度。=586MPa;彈性模量206GPa,剪切彈性模量80GPa,泊松比0. 3,工作壓力為70MPa,根據SY/T5127~2002井口裝置和采油樹規范7.5.9.3.3中規定8:組裝裝置應在制造廠運輸前進行本體靜水壓試驗。對于工作壓力為70MPa閥門,應進行105MPa靜水壓試驗。

      在模型的對稱截面上施加對稱約束,同時在4個法蘭端面上施加全約束,此處特別注意要施加對稱約束,否則最后分析結果會偏大2倍。

      載荷特征為均勻內壓,根據閥體的試驗壓力,在閥體的內表面施加載荷105MPa的靜水壓。施加約束和載荷后的結果(如1)。

      載荷工況:節點位移4 105MPa下閥體節點位移云圖載荷工況:2最小值:0mm 5 70MPa閥體節點位移云圖點選執行分析,由計算機自動完成求解運算。

      2.6有限元分析的后處理與結果顯示后處理的主要目的是檢查分析結果,點選結果窗口,可以看到有變形后形狀、數值、應力、應變4個選項,分析結果的檢查,結果如2 ~7所示。

      載荷工況2 105MPa變形后的閥體模型形狀6 105MPa閥體節點的vonMises的應力云圖載荷工況:2 1370MPa變形后的閥體模型形狀rdcishing7 70lMPa閥體節點的麗Mises的應力云圖-net 3結果分析由6可知,當強度試驗壓力為105MPa時,閥座與通徑相交的地方出現最大應力427MPa,表明平板閥的危險部位在內表面閥座與通徑的相貫線相交處,相貫部位倒圓角,能有效地降低相貫部位的應力集中,從而提高平板閥的使用壽命,以后在實際制造過程中要加強鏜床對閥座相交部分進行倒圓角處理,以減小應力集中。

      從4看,閥體通徑變形比較夸張,但通過計算實際最大變形量僅為0.07mm,閥體的變形量是符合設計要求的,變形可忽略不計。同時再驗證額定工作壓力試驗條件下(70MPa),從7可以看出,最大應力為285MPa,5上看出最大變形量為0.04mm,證明閥體材料的選取和閥體的設計參數都滿足最大工作載荷下的使用要求,閥體設計的安全性和可靠性得到了保證。

      4結論通過實例闡述了利用三維建模軟件SolidWorks以及有限元分析軟件Algor的無縫連接,成功地對PFF650手動明桿不帶尾桿平板閥進行了三維實體建模和閥體的有限元分析。簡化了閥門設計過程,大大縮短了開發周期,提高了生產效率及設計的可靠性。

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