减压阀圆平膜片有限元建模与仿真

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1、2011年第6期导弹与航天运载技术No．62011总第316期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo．316文章编号：1004-7182(2011)06-0028-06减压阀圆平膜片有限元建模与仿真雷宗琪，郭红杰，粱国柱(北京航空航天大学宇航学院，北京，100191)摘要：针对减压阀圆平膜片的传统设计方法存在效率和精度较低等缺陷，使用ABAQUS建立了某型减压阀的圆平膜片及其附属结构的有限元模型，完整地模拟实际的装配与工作过程．展示该模型在不同工作参数作用下的应力分布和变形，对膜片在额定工况下的应力分布进行分析，并讨论气压栽荷、位移栽荷以及附

2、属结构的压紧力对膜片的应力分布和变形所造成的影响．结果显示膜片在底硬芯边缘附近和夹持环边缘附近会出现剧烈的应力变化，应力值超过了材料的屈服极限；在额定的工作参数下，膜片的应力分布主要受压强载荷的影响，而且附属结构的压紧对于降低膜片的应力值有非常大的作用．关键词：圆平膜片；有限元；数值仿真；中图分类号：V414．4文献标识码：AFiniteElementModelingandSimulationforTheCircularFlatDiaphragmofPressure·ReducingValveLeiZongqi，GuoHongiie，LiangGuozhu(Sc

3、hoolofastronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing,100191)Abstract：Tocounterthedefectsthatexistinthetraditionaldesignofcircularflatdiaphragm，suchaslowefficiencyandlowaccuracy,ABAQUSisusedtoestablishthefiniteelementmodelforacircularflatdiaphragmofapressure-reduci

4、ngvalveanditsaccessorystzuctures．Thesimulationincludesbothassemblyandworkingprocess．Thispaperdemonstratestheresultsofthemodelunderdifferentworkingparameters．Thestressdistributionofthediaphragmunderratedconditionsisanalyzedandtheinfluenceofpressureload，displacementloadandaccessorystru

5、cturepressingforcea托discussed．ItisshownthatthestressneartheedgeofbottomhardCOreandtheedgeofclipringschangesviolently,wherethestressmagnitudeexceedsthematerialyieldlimit；thestressdistributionismainlyinfluencedbypressureloadunderratedconditions，andtheaccessorystructurepressingforceplay

6、sanimportantroleinreducingthestressmagnitude．KeyWords：Circularflatdiaphragm；Finiteelement；Numericalsimulation0引言随着大型液体燃料运载火箭的发展，对火箭输运系统内的压力控制的精度与可靠性的要求越来越高。减压阀是对火箭输运系统进行压力控制的核心部件，而减压阀的工作性能和寿命主要取决于阀门内部的敏感膜片，其中又以圆平膜片最为常见。已经进行的针对圆平膜片的研究工作大多是依据经典的薄壳力学理论进行的【M1。但由于圆平膜片在工作过程中往往会出现显著的大位移和大应变

7、，会涉及到几何与材料两方面的非线性问题。在这种情况下，．使用经典理论求解存在效率较低、精度较差等缺陷，也不能满足高精度非线性的要求t41。而且传统的圆平膜片分析都仅仅针对膜片本身进行建模，没有考虑来自附属结构的影响。这种建模方式过于理想化，得到的分析结果与膜片的实际工作状况会有较大的差别。考虑到圆平膜片的非线性特征，本文运用非线性有限元分析软件ABAQUSV6．8对某型减压阀上使用的圆平膜片及其附属结构进行建模，完整地模拟装配与工作过程，并对其在不同载荷下的应力分布和变形进行分析和讨论，以便为圆平膜片的设计与进一步的改进提供依据。收稿日期：2010．12-25；

8、修凹H期：2011-04