基于Pro／E和ANSYS的天然气球阀密封比压有限元分析

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1、学兔兔www.xuetutu.com第4期(总第155期)机械工程与自动化NO．42009年8月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMATIONAug．文章编号：1672—6413(2009)04—0067—03基于Pro／E和ANSYS的天然气球阀密封比压有限元分析张浩强，张春良，罗彬彬(南华大学机械工程学院，湖南衡阳421001)摘要：用Pro／E建立公称通径为150mm、压力为2．5MPa的天然气球阀的密封装配图，依据轴对称原则，将其1／4导入ANSYS软件中。用双线性强化材料模型来模拟阀座，用刚体材料模型来模拟阀芯，采用面面接触有限元分析，以理论得出的平均密封比压值为

2、基础来计算真实密封比压分布规律。关键词：球闻；有限元；Pro／E；ANSYS中图分类号：TH134：TB115文献标识码：A0引言盘，打开ANSYS将其导人，整个转换过程在不脱离随着天然气事业的发展，球阀的应用日益广泛，为P~o／E和ANSYS这2个软件的情况下进行，从而实避免发生内漏和外漏，从而造成巨大的经济损失，因现了二者之间的无缝连接，真正做到了CAD、CAE的此对球阀密封比压的分析有着重要的意义。密封比压一体化。比较导入前、后的模型可见，模型没有发生太小，会使密封座表面的弹塑性变形量不足以补偿球扭曲、丢面、多面等现象，确保了信息的完整。导入体的加工误差，导致主密封不能达到规定的密封要

3、求后的实体模型见图2。而产生内漏；密封比压太大，会使球体与阀座之间的摩擦增加，球体旋转困难，使阀座易产生塑性变形而破坏密封，在开启和关闭时使阀杆处的减磨密封垫片较快磨损，产生外漏。由公式计算得出的平均密封比压值，不能真实反映密封比压值的分布，应用有限元仿真分析软件，模拟实际工况下的密封比压值，可为设计人员提供重要的参考。1实体模型的建立在Pro／E中建立天然气球阀密封的三维模型，零件模型使用的单位制是mm、N、S，在创建装配模型图1阀体的密封装配图模型时，单位制要与零件模型中的一致口]。在设置好单位制后，首先创建各零件模型，模型的精度为0．0012mm，将阀座的内表面与球体的外表面用匹配命令

4、约束，装配好的实体模型见图1。由于研究对象为轴对称结构，为节省计算时间，模型按对称原则简化为1／4结构进行计算，在计算完成后通过ANSYS的命令可进行模型和结果的扩展显示，结果和把整个模型导入ANSYS中进行计算分析相同。2阀体的有限元模型2．1阀体模型的导入图2导入ANSYS后的实体模型通过ANSYS与Pro／E软件的无缝接口l_2]，将阀2．2设置单元类型并划分网格体模型在Pro／E的保存副本中选择格式为IGES后存阀芯采用的是具有足够硬度和易于切削的马氏体收稿日期：2008—1l-17；修回日期：2009—02—18作者简介：张浩强(1985一)，男，湖南益阳人，在读硕士研究生。学兔兔

5、www.xuetutu.com·68·机械工程与自动化2009年第4期不锈钢，根据密封结构特征，本文采用刚体模型，选为150mm查表可得到该天然气球阀所需密封比压为择砖形六面体单元solid45，此单元有8个节点，每个4．6MPa。节点有3个自由度，可以较好地描述问题的受力和变由于计算值为平均密封比压，所以不能反映密封形情况，且计算结果精度高。阀座为具有弹塑性的聚比压分布情况。在阀芯和阀座的对称面上加以对称约四氟乙烯材料，采用双线性随动强化材料模型来模拟，束，阀座的外表面加以全约束。在组装时，由于壳体在ANSYS中弹塑性实体模型采用Viscosolid8node在螺栓的作用下施加作用力给阀座

6、，阀座通过对阀芯plasl07单元来进行求解_3]。将网格划分等级设为4，的挤压产生形变，达到密封的作用。根据以上原理，在采用自由网格划分，系统将自动根据模型的形状和尺加载时，对阀座底面施加8．176MPa的计算比压值，然寸、模型局部的曲率、线与线之间的距离以及所设置后运算。加载后的工况见图5。的精度级别选择合适的网格密度进行划分，划分网格后的模型见图3，共生成33942个单元。图5施加约束和载荷后的密封模型2．6有限元求解图3划分网格后的有限兀模型有限元法其实就是将物体用有限个节点和单元划2．3设置材料属性分成离散体L6]，然后建立每一个单元体的有关公式，将阀芯材料为-4~2Cr13，弹性

7、模量为2×10¨Pa，泊松它们在离散点处结合起来，得到整个物体的平衡方程比为0．3；阀座材料为聚四氟乙烯，弹性模量为组。打开大变形分析选取项，时间步设置为100S，为0．4GPa，屈服强度为18MPa，切向模量为0．12GPa，提高计算精度，选择子步数为3O，最大子步数为泊松比为0．35。1000，最小子步数也为3o，并打开自动时间步长，允2．4生成接触对许程序自动确定子步间载荷增量的大小。求解完成后阀座和阀