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PFFA閥體是石油機械中常用的流體控制設(shè)備零件，目前，國外對閥體的設(shè)計已廣泛采用了計算機輔助設(shè)計及強度分析仿真技術(shù)，并且形成了較完善的設(shè)計規(guī)范和標準。而國內(nèi)很多企業(yè)對閥體的設(shè)計仍停留在經(jīng)驗設(shè)計及仿制的基礎(chǔ)上，這就不可避免地存在設(shè)計上的盲目性，設(shè)計周期長、成本高，嚴重制約了企業(yè)的發(fā)展。
有限元分析法作為一種數(shù)值計算方法在工程設(shè)計分析中得到了廣泛的應(yīng)用，并在產(chǎn)品的設(shè)計分析方面發(fā)揮了重要作用。本研究運用該方法借助于MSC.Nastran軟件對PFFA閥在工作載荷下的強度進行了深人分析，給出了閥體在工作壓力下的應(yīng)力分析云圖。分析結(jié)果與試驗結(jié)果一致，實現(xiàn)了閥體強度試驗的計算機仿真，為閥體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供了有效的參考依據(jù)。MSC.NASTRAN擁有先進的有限元網(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)則的實體，因此采用10節(jié)點四面體單元，通過Tet-Mesh完成對閥體網(wǎng)格的自動劃分。最終，整個分析模型共有32243個節(jié)點，17816個單元，確保了分析結(jié)果的收斂性。
通過對閥體的強度分析，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)論與閥體的強度試驗結(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閥體進行強度設(shè)計是完全可行的。
由于閥體強度試驗中，無法對閥體內(nèi)表面進行應(yīng)變應(yīng)力測量，因而很難準確地確定閥體的最大應(yīng)力點，而閥體的屈服壓力是通過對閥體外表面最大應(yīng)力點的壓力一應(yīng)變曲線估算而來的，這就導致用強度試驗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，所有位置點的應(yīng)力情況，并能給出最大應(yīng)力點的準確位置。從這點來看，在確定閥體屈服壓力方面有限元法較強度試驗法更接近實際。盡管有限元分析模型對實際模型作了一些簡化。但這種簡化足以滿足工程設(shè)計的精度要求。因此，在閥體強度設(shè)計中用有限元法代替閥體強度試驗，不但能為企業(yè)節(jié)省大量的經(jīng)費，而且可以縮短設(shè)計周期，提高設(shè)計質(zhì)量，進而降低新品開發(fā)成本，增強市場競爭力。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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