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PFFA閥體是石油機械中常用的流體控制設備零件，目前，國外對閥體的設計已廣泛采用了計算機輔助設計及強度分析仿真技術，并且形成了較完善的設計規(guī)范和標準。而國內很多企業(yè)對閥體的設計仍停留在經驗設計及仿制的基礎上，這就不可避免地存在設計上的盲目性，設計周期長、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值計算方法在工程設計分析中得到了廣泛的應用，并在產品的設計分析方面發(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力分析云圖。分析結果與試驗結果一致，實現了閥體強度試驗的計算機仿真，為閥體的結構優(yōu)化設計提供了有效的參考依據。MSC.NASTRAN擁有先進的有限元網格劃分技術，能根據不同的幾何模型提供多種不同的網格劃分工具。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，確保了分析結果的收斂性。
通過對閥體的強度分析，我們不難發(fā)現PFFA閥體在工作壓力下都是安全的。該結論與閥體的強度試驗結果是一致的。圖所示閥體應力分布云圖中高應力區(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計是完全可行的。
由于閥體強度試驗中，無法對閥體內表面進行應變應力測量，因而很難準確地確定閥體的最大應力點，而閥體的屈服壓力是通過對閥體外表面最大應力點的壓力一應變曲線估算而來的，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，所有位置點的應力情況，并能給出最大應力點的準確位置。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計的精度要求。因此，在閥體強度設計中用有限元法代替閥體強度試驗，不但能為企業(yè)節(jié)省大量的經費，而且可以縮短設計周期，提高設計質量，進而降低新品開發(fā)成本，增強市場競爭力。
專業(yè)從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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