閘板的有限元力學(xué)分析

閘板的有限元力學(xué)分析本論述建立了105Mpa平行閘板閥的閘板模型，運(yùn)用有限元分析軟件對閘板開展了網(wǎng)格劃分、約束、加載，對計(jì)算結(jié)果開展了分析，得出所設(shè)計(jì)閘板能滿足工況要求的結(jié)論，為高壓閘板閥的閘板設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

閘板是平行閘閥最重要的零件，閘板在開啟關(guān)閉的過程中受到關(guān)閉過程流體對閘閥的沖擊作用以及閥桿對閘閥拉伸作用，因此，真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)經(jīng)過對閥板開展有限元力學(xué)分析，了解其應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，對改善閘板受力情況，改良其構(gòu)造以及提高閘板的工作可靠性和使用壽命具有重要意義。1、閘板的三維有限元模型

由于閘板模型構(gòu)造比較簡單，對其整體構(gòu)造采用C3D4四面體單元對其開展網(wǎng)格劃分，其中在壓力作用面上開展了細(xì)化，共劃分18981個(gè)節(jié)點(diǎn)，96777個(gè)單元，其網(wǎng)格模型見圖1所示。

圖1閥板三維實(shí)體單元網(wǎng)格模型2、初始邊界條件

根據(jù)閥板的實(shí)際工作情況，閘板在全關(guān)狀態(tài)下的受力最大，到達(dá)了105MPa，且其約束主要時(shí)通過閥座與閘板之間的摩擦力來開展固定，因此，對閥座與閘閥之間的接觸面開展了位移全約束，見圖2所示。

圖2施加約束后的閥板3、載荷和工況

由于閘板在全關(guān)時(shí)，受到了105MPa的壓力，并且在關(guān)閉的瞬間，閘板上端受到105Mpa壓力產(chǎn)生的摩擦力，阻止閘板的移動，因此，本論述對閘板施加兩種載荷：一是作用在圓域上的105MPa的壓力;二是絲桿螺母傳遞給閘板的拉力，其受力情況見圖3所示。

圖3施加載荷后的閥板4、有限元計(jì)算結(jié)果及分析

通過對閘板在全關(guān)狀態(tài)工況下的分析，確定此時(shí)閘板處的所受到的壓力最大，并以此作為邊界條件對閘板的應(yīng)力狀態(tài)開展有限分析，見圖4所示。

圖4閥板整體的Mises應(yīng)力圖

為了能更準(zhǔn)確的觀察閘板內(nèi)的應(yīng)力狀況，取閘板的半剖圖(見圖5所示)以及局部放大圖(見圖6所示)，以便能直觀的觀察閘板內(nèi)的應(yīng)力分布情況。

圖5閥板內(nèi)部Mises應(yīng)力圖

圖6閥板位移應(yīng)力圖

通過以上的分析可知，整個(gè)閘板所受到的應(yīng)力主要在集中在26-220MPa范圍內(nèi)，且大部分都處在低應(yīng)力區(qū)，而在梯形螺紋孔處和加潤滑脂孔以及閘板安裝絲桿螺母處出現(xiàn)應(yīng)力集中，其應(yīng)力集中處最大應(yīng)力值為281.7MPa。

為了能夠更好的了解閘板的應(yīng)力分布情況，通過取應(yīng)力集中區(qū)域三種不同的路徑a、b、c(見圖7所示)，來對路徑上的應(yīng)力大小開展分析。

圖7三種不同路徑a、b、c

通過選取以上應(yīng)力集中處的三種不同路徑，取出各路徑上的應(yīng)力值，從而能夠更好的了解軸承支架處的應(yīng)力載荷情況，將其繪制成一條曲線，進(jìn)而將集中處的應(yīng)力分布形象地表示出來，見圖8、9、10所示。

圖8路徑a下的應(yīng)力曲線和位移曲線

圖9路徑b下的應(yīng)力曲線和位移曲線

圖10路徑c下的應(yīng)力曲線和位移曲線

從以上三種不通過路徑下的應(yīng)力曲線圖可以看出，這些集中區(qū)域的應(yīng)力大都在200MPa以上，屬于閘板所受應(yīng)力值較大區(qū)域，并在路徑c處產(chǎn)生了應(yīng)力集中最大值為281MPa。閘板選材為50CrVA，其相關(guān)參數(shù)為：σb=1280MPa=σs1130MPa，取σb/4.25和σs/2.3中的較小者，得到許用應(yīng)力[σ]為301.17MPa>281MPa。5、結(jié)束語

在梯形螺紋孔處和加潤滑脂孔以及閘板安裝絲桿螺母處容易出現(xiàn)應(yīng)力集