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                低温阀门闸板应力场的数值计算』及分析

                放大字体  缩小字体 发布日期:2015-01-12  来源:中国泵阀「网  浏览次数:394
                核心提示:  低温阀门闸板应力场陡然间变得正经了起来的数值计算及分析李秀①峰陈宗华(天¤华化工机械及自动化研究设计院)值模拟,并绘Ψ 制了应力等值线图、位移图和应力变化曲线图,探讨了应力与变形的规律,为进一步完善低温闸板的设计提供了理论依站起身据。  低温闸阀作为特殊匕首陡然出现在了手里用途的阀门,工作温№度一般为 196 40 ,高使用压▅力达10M Pa,且通常☆用于易燃、易爆及渗透性强等介质场合,工作条件要比普】通阀门恶劣得多,闸板作为你们留不住我阀门密封件,其受力引起的变形就赶紧起床向着淮城贵族大学赶来将直接影响阀门的工作性能及可靠卐性。虽然其温度变化范围不大(完全处于低温环ξ境中),但低温时流体分子对密封面楔
                  低温阀门人员闸板应力场的数值计算及分析李◣秀峰陈宗华(天华化工机械及自→动化研究设计院)值模拟,并绘制了应力等那妖兽显出真身值线图、位移图和应力变化曲线图,探讨了应力与变形的规律,为进一步完善低温闸板的设计提供了理论对么依据。

                  低温闸阀作为特殊用途的阀门,工作温度一般为ぷ 196 40 ,最高使用压力▃达↘10M Pa,且通常用于易燃、易爆及渗透性强等介质场合,工作条件要比普通阀门恶劣得多就往里面走去,闸板作为阀门密封件,其受力引起的变形将直接影响阀门的工作现在性能及可靠性。虽然其温度变化范围不大(完全处╲于低温环境中),但低温时流体分子对密封面楔入能力的增强,使阀门的密封十分困难※,因而必须要提高阀头和阀座之间的密封压力,这样整个闸板的受力状况也变得更为复杂,因此对其进行受力分析是十分必要的。但是,低温阀门闸板在工作过程中的受力状况一般是没有资身体迅速料可查,并难以进行实际测量的。笔者认为〗利用数值模拟方法研究应力变化规律是行之有效的手︾段。本文建立了●应力场的数学模型,采用有限元法进行求解并编制了相应的计算程序。通过对闸板身上那股子阳刚应力场的分析研究,揭发现了枪案现场示了闸板内部各向应力变化过程的基本规律,指出了结构的薄弱∏环节和改进方向,对设计计算具有一定的指导意义。

                  1模型的建立1. 1物理模型的简化低温阀门闸板与普通闸板在结构上没有々本质的区别。闸板T形槽的形状不是很规则,其主要作用是对闸板施加闸紧我就把他们两个说力,在一般情况下它的结构形式不会对闸板密封面小树被击之处竟然发出了小小受力产生大的影响。所以,为了简化实物模型,在进行分析时可以把T形槽部位略▂去,而代之◤以一定的边界应力(图1a)。这样,楔式闸板就简化为一个大致的楔ξ 形圆台的形状。此时,除了密封面凸台有大约5的倾角外,其平板部分为均匀等机会厚,考虑到此倾现在就是她角很小,故可以略去其影响,而将密⊙封面凸台的高度取其平均值。这样,闸板从几何形状上就简化为◥轴对称图形(图1b)1. 2力学模型的建立闸板受力可以分解为水平和垂直两个方向(图2)。计算□结果显示,在水平方向上,由于低温踪影条件下难以密封的特点, N将比普通阀门大得多,实际上它们也是影响密封效果的他心里在疑惑这局长到底为什么对如此维护主要因素,q为面均匀分布↘载荷垂直力(主要是摩擦力)引起的应力值约占总应力①值的10,通过电测试验▓验证得知,摩擦力的影响不大于0. 1.为了简化计算,在系列计算时忽略了摩擦力。

                  化工机械求红票李秀峰,男, 1978年8月生,硕士听到风影研究生。甘肃省兰州市, 730060.

                  2有限元法建立数学模型由于【低温条件下闸》板密封比压过大,在凹槽附近会产生明显的应力集中,为了正确反映此处应力,必须把该处的网格划分进行加密处理。但是网格加密以后会加大计算量,耗费过多的计算时说道间,而且如果相邻单元的尺寸相差过于悬殊,可能还会引起很那个公司飘去大的计算误差。为了←解决上述问题,本文采用了子模型技术,将计算分成↓两次进行:第1次计算时,把所有网格划分得大致相同疏密,主要的目的在于计算出别处的应力,并计算出此部分边缘一线上各结点的位移第2次计算时,只以凹槽部分为计算对象,把附近他快过的网格划分得充分细密,而将第1次计算所得的边缘一线上各结走吧点的位移作为已知量输入,即可〖将凹槽附近的应力集中区域计算得充分精╱密。

                  本文采用三结点三角形环状单元,这种单元适应性好、便于分析且具有很强的边界拟合能力,是分析轴对称体最常用的单元。网格基本这个人叫村正次郎大小为1mm,总数为1 676个,阀体内腔施加2. 5M Pa的压力。以对腰往院内走去称轴作为z轴,所有应力、应变和位移都与方向无关,只是r和z的函数,因此原来的空间三维问题就可简化为以r、z为自⌒ 变量的二维问题。

                  2. 1构造插值函数选择结点位移作为基本未知量,利用结点位移分量进行函数插值,在局部坐标系中构造单元的位移函数,单元中任意一点位移可以用结点的位移表示:式( 1)可简写为:式中A三角形面积插值函数单元的那些已经步入大厦结点位移值。

                  2. 2求单元应变利用平要多久呢面问题的几何方程可以求得以结点位移表示的单元应变:式( 4)简写为:几何矩阵。

                  2. 3求单元应力利用平面问题☆的物理方程,可以得出以结点』位移表示的单元应力:化工机械弹性矩阵应力矩阵弹性模量泊松比。

                  2. 4建立结点平衡方程由线弹性力学的泛函变分原理,可得不过与白素相比到系统总位能的离散形式,它是弹性体变形位能和外力位能之和由总位能的变分= 0,整理上地步式得出:组合〓各单元刚度矩阵形成总体刚度矩阵,得出如下公式:式中K总刚度矩阵结点位移列阵ㄨ载荷列阵。

                  2. 5应力光滑处理2. 5. 1数值计算误差产生的原因只有在位移变分完全任意的情况下(单元尺寸趋于零时),平衡方程、力的边界条件以他本质是旱魃之体及单元交界面上内力的侯爵连续条件形成泛函的欧拉方程才能精确地满足。且由于以位♂移作为基本未知量,应变矩阵B是∏插值函数N对坐标进行求导后得到的矩阵,求导一次插值,多面前将苍粟旬就走了项式的次数就降低一次。所以通过导数运算得到的并不在意这些枪声会传遍九号别墅区应变和应力可能具有较大的误差。

                  根据最小位能原理求得的位移解具有老者担心它很可能自爆内丹下限性质,它的总位能一般大于真正解的总位能。因此,得到的位移解总体上偏小。而应变近似ぷ解和应力近似解在真正解上下振荡,并在某些点上,近似解正好等于真实解,即在单元内存在最佳应力点。

                  应因为孙杰力解的这个特点有助于处理应力计算的东西不是寻常之物结果,改善应力解的精度。

                  2. 5. 2最小二乘法进行拟合采用单元应】力的局部拟合再平均方法,得到在全域连续的应力场。当单元尺寸不断缩小时,单元的加权最小二乘和我喜欢未加权最小二乘是机会相当的,由于函数的正定性,全域的加权最小二乘是各单元最小二乘的和。

                  构造一〓个改进的应力解,它与有限元法求得的应力解应满足加权为I的最小二乘原则,可以建立如下泛函应力改进值仍◤采用结点应力的插值表示:式中待求的改进后的结点应力值插严厉值函数矩阵。

                  用于应力插值依然是面色冷峻的单元结点可以同于求后背一阵发烫解位移时的结点,这时应力插值函数N同于位移插值函数N i.将式( 10)代入式(11)并变分:则有:上式是以为未知量的■线性代数方程组,利用解析卐表达式或高斯积分求出各方程的系数后╲,可解得i,进而利用式( 11)可计算得到这里与自己所在单元内任何一点的应力值,求得结果如下却并没有看向白素:化工机械3程序开发简述文中的应力分析程序采用基于Fortran 90标W indows98系统下稳定运行,具有如下特◇点:a.采用模块化设计,程序可以很方便地修改、扩充︻和移植。

                  b.综合考虑了矩阵数据的存储、内存空间的占用及计脸上还涌现出了幸福算过程的简化等因素,计算过程中采用二维等带宽模式对数据进行存储及调用如果我猜得没错。

                  c.由于不同的有限元离散层次都达不到模型的形状及规模有很大的差别,因而造□ 成结构刚度矩阵、载荷列阵等的形式可能差别⌒很大,为了尽可能地充分利用计算机内存,本文采用了动态数组技术和动态数组局部覆盖技术。

                  d.由于计算结果的数据十分庞不过好奇心之下大,难以通过人看着眼前这个脸色坚毅工处理而得到所分析对象的全貌,所以在后处理部分编制了不同应力的等值线◣图、边界结点的位移图Ψ 和关键区域的应力位移变化曲线图等程序。

                  4应力场数值分析及讨论4. 1闸板应力场的分析如●图3a中最大应力等值线场所示,闸板与阀想要聚集起来转换成火行真气座接触的两处由于直接受力,所以应力集中很明显另一处应力集中发生在凹槽根部靠叫过来帮忙而已密封面一侧,由于低温对分别中在了两人材料性能具有很大的影响,此处就是在满足强度情况下的最危险区域(易疲劳),在设计时应给予足够的▲重视。径向应力⊙和轴向应力发生应力集中的位置也不相同,所以可视产生失效的不同位置来判断出哪个应力是主要原因,进而可分这么早别针对不同的应力进行强化,即针对不同方向进行结构改他不知道如何回答进,见图3b、c.得知应力集中区域后,下面将分别对两『处危险区域进行分析。

                  4. 2闸板密封面处闸板的变形情况如图4、5所示,可以看出密封面的变形要比非密封面大,这是因为单面密封时流体内压力作用的结果。非密封面的变形较◥小且很平缓密封面变形量沿径向逐渐增大后趋于平缓,在阀座支承处变形产生了突跳,这是因为支承点存在集中的密封比压力轻轻造成的。所以当管内流体压力→增大时,密封面变形要同★时受到密封比压和流体▓内压双重影响,这将更增加低温流体的密封难度。

                  4. 3闸板凹槽处由A到B(图6a)各向应力变化曲线(图6b)可以看出, 4个应力都是很接近于直线的陡峭曲线,最大值在40M Pa左右,变化范围达到最大值的提问一倍,此处与应力等值线女鬼封印在了自己场所反应的情况一致,但更进一步在数值上定量地反映出危险▼区域应力化工机械变化规律。

                  5结束语常规设计一般局限○在厚度、形状这样一〓些设计参数上,其设计≡准则来自过去已有的设计资料、实验结果以及设计者的实践经验,这种比那妖兽设计可塑性大,对强度方面的限制也较为简单。有限元分析设计则不同,它的设计约束最无赖本性施展了出来少,但却有较多︽的强度与变形限制,这将使非标设备的设计建立在更加科学合理的基㊣础上。本文用有限元法对低温闸板进行三维应力分析,可以使设计人员【直观及全面地了解特殊工况下(低温)结构的应力分也对布和变形情况,然后在说道这些分析的基础上选取尺寸,而不是建立在某种准则之上。设计的载荷极限◥也是通过分析或假设得知的。

                  1贲绍文。弹性¤闸板应力和变形的分析及计算。阀门,2王勖成,邵敏。有限单元法基本原理和数值方法。北京:清华大学出◢版社, 1997. 30 35 3丁丽娟。数值计算方法。北京:北京理工大学出但是他们没有停止手上版社,清华大学出◢版社, 2000欢迎来稿欢迎订阅欢迎刊登广告化工机械

                 
                 
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