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PFFA閥體是石油機(jī)械中常用的流體控制設(shè)備零件，目前，國外對(duì)閥體的設(shè)計(jì)已廣泛采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及強(qiáng)度分析仿真技術(shù)，并且形成了較完善的設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。而國內(nèi)很多企業(yè)對(duì)閥體的設(shè)計(jì)仍停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)及仿制的基礎(chǔ)上，這就不可避免地存在設(shè)計(jì)上的盲目性，設(shè)計(jì)周期長、成本高，嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展。
有限元分析法作為一種數(shù)值計(jì)算方法在工程設(shè)計(jì)分析中得到了廣泛的應(yīng)用，并在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)分析方面發(fā)揮了重要作用。本研究運(yùn)用該方法借助于MSC.Nastran軟件對(duì)PFFA閥在工作載荷下的強(qiáng)度進(jìn)行了深人分析，給出了閥體在工作壓力下的應(yīng)力分析云圖。分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果一致，實(shí)現(xiàn)了閥體強(qiáng)度試驗(yàn)的計(jì)算機(jī)仿真，為閥體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了有效的參考依據(jù)。MSC.NASTRAN擁有先進(jìn)的有限元網(wǎng)格劃分技術(shù)，能根據(jù)不同的幾何模型提供多種不同的網(wǎng)格劃分工具。由于閥體為非規(guī)則的實(shí)體，因此采用10節(jié)點(diǎn)四面體單元，通過Tet-Mesh完成對(duì)閥體網(wǎng)格的自動(dòng)劃分。最終，整個(gè)分析模型共有32243個(gè)節(jié)點(diǎn)，17816個(gè)單元，確保了分析結(jié)果的收斂性。
通過對(duì)閥體的強(qiáng)度分析，我們不難發(fā)現(xiàn)PFFA閥體在工作壓力下都是安全的。該結(jié)論與閥體的強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果是一致的。圖所示閥體應(yīng)力分布云圖中高應(yīng)力區(qū)和實(shí)際閥體發(fā)生破壞的位置也是吻合的。所以用有限元分析法對(duì)閥體進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)是完全可行的。
由于閥體強(qiáng)度試驗(yàn)中，無法對(duì)閥體內(nèi)表面進(jìn)行應(yīng)變應(yīng)力測量，因而很難準(zhǔn)確地確定閥體的最大應(yīng)力點(diǎn)，而閥體的屈服壓力是通過對(duì)閥體外表面最大應(yīng)力點(diǎn)的壓力一應(yīng)變曲線估算而來的，這就導(dǎo)致用強(qiáng)度試驗(yàn)確定閥體工作安全系數(shù)偏大。而有限元方法則能確定閥體在工作載荷下，所有位置點(diǎn)的應(yīng)力情況，并能給出最大應(yīng)力點(diǎn)的準(zhǔn)確位置。從這點(diǎn)來看，在確定閥體屈服壓力方面有限元法較強(qiáng)度試驗(yàn)法更接近實(shí)際。盡管有限元分析模型對(duì)實(shí)際模型作了一些簡化。但這種簡化足以滿足工程設(shè)計(jì)的精度要求。因此，在閥體強(qiáng)度設(shè)計(jì)中用有限元法代替閥體強(qiáng)度試驗(yàn)，不但能為企業(yè)節(jié)省大量的經(jīng)費(fèi)，而且可以縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，進(jìn)而降低新品開發(fā)成本，增強(qiáng)市場競爭力。
專業(yè)從事機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)│有限元分析│強(qiáng)度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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