大口徑閘閥閥體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性分析.pdf

1、大口徑閘閥（公稱通徑為350～1200mm）在供水和工業(yè)管道上被廣泛應(yīng)用。閥體作為閘閥主要零件之一，其結(jié)構(gòu)型式及參數(shù)對閥門總體性能有重要的影響。由于大口徑閘閥閥體受到結(jié)構(gòu)長度的限制，其容納閘板的內(nèi)腔通常為扁圓形或橢圓形的異形容器，很難用理論公式對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)優(yōu)化也大多依靠工程經(jīng)驗(yàn)。因此，如何采用先進(jìn)的計算機(jī)輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術(shù)對大口徑閥體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度性能進(jìn)行數(shù)值分析和優(yōu)

2、化設(shè)計，并對閥體結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性評估，進(jìn)而為該類結(jié)構(gòu)的改進(jìn)提供依據(jù)和指導(dǎo)，已成為業(yè)內(nèi)共同關(guān)注的課題。 本文以某廠大口徑閘閥閥體為主要研究對象，運(yùn)用CAE技術(shù)對其進(jìn)行靜力有限元分析，以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化和可靠性研究。研究內(nèi)容概述如下： 1．以ANSYS Workbench Environment（AWE）協(xié)同優(yōu)化分析平臺為工具，建立大口徑閘閥閥體的參數(shù)化模型，基于整體結(jié)構(gòu)設(shè)定邊界條件，按照實(shí)際工況和試驗(yàn)工況分別施加載荷，對閥體的強(qiáng)度

3、、剛度進(jìn)行了有限元分析，研究閥體等效應(yīng)力的大小和分布狀況。 2．從安全、經(jīng)濟(jì)的角度，以閥體質(zhì)量、剛度約束條件下應(yīng)力集中處的最大等效應(yīng)力作為目標(biāo)函數(shù)，以閥體結(jié)構(gòu)的基本尺寸作為設(shè)計變量，就如何改進(jìn)閥體的結(jié)構(gòu)以減少閥體的應(yīng)力集中現(xiàn)象，合理優(yōu)化加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)尺寸和位置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，得出閥體最優(yōu)的結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)合最大應(yīng)力強(qiáng)度敏感性分析，為該類閥體結(jié)構(gòu)的設(shè)計提出指導(dǎo)性意見。結(jié)果表明，改進(jìn)后的閥體等效應(yīng)力最大值減小18．8％，應(yīng)力集中處應(yīng)力值明顯減

4、小，改善了閥體的應(yīng)力分布狀況，使其分布更加均勻，該研究方法具有較高的效率和精度。 3．根據(jù)結(jié)構(gòu)可靠性理論，基于ANSYS軟件的PDS（Probabilistic Design System）模塊，以閥體結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性、載荷等設(shè)計參數(shù)為隨機(jī)輸入變量，采用Monte—Carlo隨機(jī)有限元法中的拉丁超立方法進(jìn)行抽樣分析，直觀地顯示了設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、強(qiáng)度可靠度的影響程度，實(shí)現(xiàn)對優(yōu)化后閥體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的可靠性分析，驗(yàn)證了優(yōu)化后該結(jié)構(gòu)的