蝶形止回阀结构改进设计与强度分析

发布时间：2017-09-17 07:23

  本文关键词：蝶形止回阀结构改进设计与强度分析

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【摘要】：止回阀是管路系统中应用最普遍同时也是非常重要的机械部件,在管路系统中起到防止介质倒流的作用,止回阀通过输送介质自身的流动方向改变就能实现丌闭。止回阀在管路系统中的运行状态直接影响到管道线路、水泵及驱动装置的运行安全。止回阀损坏后,管路系统在动力停止或停电时容易发生爆管事故,严重时会危及岗位人员的生命安全。止回阀结构改进的传统方法是采用试验方法,这种方法需要投入大量的时间和金钱,阀门设计生产成本的很大。本文结合蝶形止回阀在现场实际生产中经常出现故障的部位,应用有限元模拟软件数值模拟这一新的方式和手段,对蝶形止回阀进行模拟分析,模拟结果与实际进行对比,验证有限元软件模拟分析这种方法的有效性。针对蝶形止回阀的常见故障部位进行结构设计改进,应用有限元模拟软件进行受力、变形的模拟分析,观察结构设计改进的效果,通过对蝶形止回阀四种结构改进设计方案的受力、变形云图分析,选出比较合适的改进方案。目的用较低的设计成本降低蝶形止回阀的失效率及延长蝶形止回阀的使用寿命。本论文首先结合生产现场实际分析了蝶形止回阀在生产中常见的故障及损伤状况,针对故障点确定四种结构改进设计方案,使蝶形止回阀受力更均匀,延长蝶形止回阀使用寿命；其次,对蝶形止回阀的原始结构及四种改进设计结构通过三维建模软件SolidWorks分别建立三维模型,另存为parasolid(*_x_t)格式,导入到ANSYS/Workbench有限元软件流体计算模块Fluent中,利用Fluent模块对生成的流场区域进行网格划分、条件设置和分析求解,求解出的阀瓣上的压力分布导入作为施加载荷,进行强度分析,从而获得阀瓣表面的应力分布和形变分布云图。利用有限元模拟软件对原始的蝶形止回阀结构进行模拟分析,获得蝶形止回阀的受力及变形云图,对比模拟得到的蝶形止回阀易损部位与现场实际故障部位基本相一致,验证有限元模拟方法的有效性；最后对四种改进设计结构的阀瓣进行有限元分析,并对比分析四种改进设计结构的蝶形止回阀阀瓣表面的应力分布和形变分布结果,找出受力分布均匀,变形量小的结构形式,确定为最终蝶形止回阀结构改进的形式。数值仿真分析结果表明：改进后的蝶形止回阀阀瓣,其表面所受应力得到了降低,形变量也比改进前减小。改进结构后的蝶形止回阀在实际应用过程中,取得了明显效果,强度得到提高,使用寿命延长6个月以上。通过对蝶形止回阀阀瓣的研究,也为阀门的结构改进和新阀门的研究开发的有限元分析提供一定的理论参考。
【关键词】：蝶形止回阀 强度分析 结构改进 ANSYS/Workbench
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH134
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-15
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.1.1 研究目的10-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-13
• 1.3 存在的问题13-14
• 1.4 研究的主要内容14
• 1.5 本章小结14-15
• 2. 蝶形止回阀结构改进设计与三维建模15-29
• 2.1 升降式止回阀15
• 2.2 旋启式止回阀15-16
• 2.3 管道式止回阀16
• 2.4 空排式止回阀16-17
• 2.5 轴流式止回阀17-18
• 2.6 蝶形止回阀18-22
• 2.6.1 蝶形止回阀的结构特点19-20
• 2.6.2 蝶形止回阀的工作原理20-22
• 2.7 蝶形止回阀故障及改进方案22-23
• 2.8 SOLIDWORKS软件概述23-25
• 2.8.1 SOLIDWORKS软件模块介绍24
• 2.8.2 软件SOLIDWORKS主要设计特点24-25
• 2.9 SOLIDWORKS几何建模的注意事项及模型简化25-26
• 2.9.1 几何建模注意事项25
• 2.9.2 几何模型的简化25-26
• 2.10 蝶形止回阀的三维建模26-28
• 2.10.1 原始蝶形止回阀三维建模26-27
• 2.10.2 改进后止回阀三维建模27-28
• 2.11 本章小结28-29
• 3. 蝶形止回阀强度有限元分析29-46
• 3.1 流体动力学(CFD)基本控制方程29-30
• 3.2 流体动力学(CFD)模型的求解方法30-31
• 3.3 Fluent软件介绍31-33
• 3.3.1 Fluent软件组成31-32
• 3.3.2 Fluent的特点32-33
• 3.3.3 Fluent计算流程33
• 3.4 ANSYS有限元软件简介33-36
• 3.4.1 ANSYS软件的基本概述33-34
• 3.4.2 ANSYS软件的主要特征34
• 3.4.3 ANSYS软件的功能34-35
• 3.4.4 ANSYS软件分析过程35-36
• 3.5 Fluent数值计算结果分析36-39
• 3.6 ANSYS/Workbench静力学分析39-44
• 3.7 止回阀受力计算与结果分析44-45
• 3.8 本章小结45-46
• 4. 蝶形止回阀的结构改进与分析46-55
• 4.1 蝶形止回阀结构改进与分析46-54
• 4.1.1 对阀瓣表面设计凹槽46-47
• 4.1.2 对阀瓣背面弧形加厚47-49
• 4.1.3 对阀瓣与定位杆连接部位的改进49-54
• 4.2 本章小结54-55
• 5. 结论55-56
• 参考文献56-58
• 致谢58-59
• 作者简介59-60

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本文编号：868039