大口径闸阀阀体加筋结构优化与疲劳分析
大口径闸阀是公称通径为350mm～1200mm之间的闸阀，在工业上有着广泛的应用。由于大口径闸阀阀体受到安装尺寸的限制，其容纳闸板的中腔通常为扁圆形或椭圆形的异形容器，很难用理论公式对其进行结构分析。因此，对大口径闸阀阀体进行结构优化十分困难，结构优化也只能依靠工程经验。阀体作为大口径闸阀承压主要部件之一，由于其结构复杂，会产生应力集中、变形不协调，然后导致阀体使用寿命降低、发生泄漏。因此，通过采用先进的计算机辅助工程(CAE，Computer Aided Engineering)技术对大口径闸阀阀体结构的强度、刚度性进行数值分析和优化设计，并对阀体结构进行疲劳寿命分析。进而为阀体结构的改进提供依据和指导，缩短产品开发设计过程。
本论文以大口径闸阀阀体为主要研究对象，利用大型有限元软件ANSYS对其进行有限元静力分析、优化计算和疲劳寿命分析。
以ANSYS Workbench优化分析平台，建立大口径闸阀阀体的模型，根据实际情况设定边界条件，分别按照实际工况和试验工况施加载荷，对阀体进行了有限元静力分析，研究阀体等效应力的大小和分布状况。结论认为大口径闸阀阀体的应力集中现象明显，且在实验压力下不能满足使用要求，所以在阀体中腔外部增加加强筋，以此降低阀体的最大等效应力并使应力分布更加均匀。
在满足工程要求的情形下，对加强筋的结构进行优化(一定的范围内)，找到一个最有效的方案。本文采用两种方法对加强筋的结构进行优化，只是后者结合了中心法的优化算法。两者优化结果一致，但后者迭代步骤更少，计算简便。优化结果表明，改进后的阀体等效应力最大值减小35.82％，应力集中程度减小，改善了阀体的应力分布状况，使其分布更加均匀，变形协调，提高阀体的强度和刚度。
最后，利用ANSYS Workbench Fatigue软件，结合疲劳损伤理论、ASME法规第Ⅲ卷的要求，对大口径闸阀阀体进行疲劳分析计算，找出设计薄弱的阀体部分，通过优化阀体结构，增加阀体强度，提高阀体使用寿命。
大口径闸阀阀体;加筋结构优化;有限元法;静力分析;疲劳分析
兰州理工大学
硕士
化工过程机械
俞树荣
2010
中文
TH122.1;TH134.1
71
2010-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）