大口徑閘閥(公稱通徑為350~1200 mm)在供水和工業管道上被廣泛應用。閥體作為閘閥主要零件之一，其結構型式及參數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構長度的限制，其容納閘板的內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行強度有限元分析，結構優化也大多依靠工程經驗。隨著信息技術的發展和各類工程分析軟件的完善，工程技術人員將先進的設計手段應用于傳統產品的設計和開發。在大口徑閘閥設計過程中，應用有限元分析軟件ANSYS進行閥體強度分析和結構優化已有許多成果。
      然而，采用APDL語言在有限元軟件ANSYS中實現閥體三維參數化建�；蛘咧苯訉㈤y體CAD參數模型導入ANSYS的方法，可能存在定義結構參數的困難，也可能在建�；驅�入的過程中會導致零件幾何信息的缺失，這些都會影響分析和設計的效率和精度.因此，本文以ANSYS Workbench(AWE)協同優化分析平臺為建模工具，以某公司700Z40H16C(公稱壓力1.6MPa，通徑700 mm)型大口徑楔式閘閥為例進行閥體的參數化建模和有限元強度分析。進而以閥體質量約束條件下應力集中處的最大等效應力作為目標函數，以閥體結構的基本尺寸作為設計變量，對閥體進行結構伏化設計。
      700Z40H16C型大口徑楔式閘閥閥體結構如圖1所示，閥體材料WCB，楊氏彈性模量E=206GPa，泊松比0.25，抗拉極限為482.8MPa，屈服極限為248.3MPa，許用應力為120.69MPa。
      閥體的實體模型應該能準確反映其實際結構。同時，在保證計算精度的前提下，模型應盡可能簡化。因此在建模過程中對閥體的一些不影響總體性能的特征進行簡化處理，忽略閥體某些倒角幾何特征后，閥體參數化模型如圖1所示。
      由于閥體為非規則的實體，因此采用10節點的四面體單元對模型劃分網格，劃分網格后的模型有110104個節點，55742個單元，確保分析結果的收斂性。
      在閥體進出口兩端法蘭端面施加固定約束，中法蘭端面施加Z方向約束；根據閥門水壓試驗要求，在閥體內表面施加2.4 MPa計算壓力，忽略中法蘭螺栓預緊力和閥體自重。
      在2.4 MPa試驗壓力下，按照第四強度理論為基礎的閥體等效應力云圖如圖2所示，閥體最大等效應力為143.0 MPa，材料的許用應力120.69 MPa，最大等效應力超出材料許用應力范圍。由于閥體中腔截面為近似橢圓體形狀，在體腔上部的四個導圓角部位及下部流道相貫區部位形狀發生突變，有明顯的應力集中現象；最大應力出現在閥體中腔與端法蘭之間的兩側肋板位置。

                                                                                專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.laagendadeportiva.com，轉載請注明出處和相關鏈接！