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自動(dòng)流量平衡閥帽是閥門(mén)領(lǐng)域的高新技術(shù)產(chǎn)品，它依靠?jī)?nèi)部安裝的高精度彈簧自動(dòng)保持輸出流量的動(dòng)態(tài)恒定，在供水供暖、石油化工等流體輸配系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。其核心部件—可變過(guò)流面端帽能夠根據(jù)流體壓力的變化改變過(guò)流面的開(kāi)度，經(jīng)常處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度以及避免共振現(xiàn)象的產(chǎn)生。
傳統(tǒng)閥門(mén)設(shè)計(jì)采用工程流體力學(xué)的半經(jīng)驗(yàn)公式，為了能夠計(jì)算，采用較多的假設(shè)和簡(jiǎn)化，造成計(jì)算模型與實(shí)際結(jié)構(gòu)形狀相差很大，無(wú)法得到精確計(jì)算結(jié)果。有限元分析法是一種有效的數(shù)值方法，它把連續(xù)彈性體分割為相連的單元組合件，以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，通過(guò)位移函數(shù)的選取和關(guān)于節(jié)點(diǎn)位移線性代數(shù)方程組的求解，將無(wú)限自由度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為有限自由度問(wèn)題。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，分析人員就能夠參與產(chǎn)開(kāi)發(fā)，對(duì)所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的強(qiáng)度、剛度以及動(dòng)態(tài)特性等進(jìn)行評(píng)價(jià)，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供依據(jù)，在保證設(shè)計(jì)要求的同時(shí)縮短開(kāi)發(fā)進(jìn)程。
將在UG系統(tǒng)中建立的可變過(guò)流面端帽三維參數(shù)化模型以IGES數(shù)據(jù)格式導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)通過(guò)對(duì)其進(jìn)行幾何與拓?fù)湫扪a(bǔ)，形成實(shí)體模型。在導(dǎo)入模型和進(jìn)行幾何與拓?fù)湫迯?fù)過(guò)程中，會(huì)造成模型幾何信息的丟失，這樣在ANSYS系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)格劃分形成的有限元模型不會(huì)完整。通過(guò)將丟失的幾何信息在UG系統(tǒng)原模型中進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，將節(jié)點(diǎn)和單元的文本文件轉(zhuǎn)化成ANSYS接受的格式，導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)已建立的有限元模型中，形成可變過(guò)流面端帽完整的有限元模型，如圖所示。
可變過(guò)流面端帽所用材料種類(lèi)為20CrMnTi不銹鋼，密度為7800kg /m3，彈性模量為2.1×E5MPa，泊松比為0.3。在ANSYS系統(tǒng)中采用三維四面體實(shí)體單元進(jìn)行智能網(wǎng)格劃分，整個(gè)可變過(guò)流面端帽被劃分10425個(gè)實(shí)體單元。其中每個(gè)實(shí)體單元具有10個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有三個(gè)自由度，能夠模擬可變過(guò)流面端帽的受力和變形情況。
自動(dòng)流量平衡閥在工作壓差范圍內(nèi)，可變過(guò)流面端帽受到流體的動(dòng)態(tài)沖擊作用，對(duì)應(yīng)的邊界條件是應(yīng)力和位移，認(rèn)為Z向位移為零。自動(dòng)流量平衡閥工作狀況下，最大壓差為0.4MPa，在有限元分析中，將該壓力在可變過(guò)流面端帽外表面的法線方向上施加均布載荷，其載荷如圖所示。
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