水轮机蝴蝶阀蝶板截面多目标优化设计

发布时间：2022-01-08 10:20

　　水轮机蝴蝶阀是一种流量控制装置,蝶板是其重要零件,对流经它的液流优显著影响。为了深入研究蝶板截面最优形状,采用有限元方法进行截面拓扑优化,并通过正交阵列和逐步回归响应面法建立压力损失系数和最大应力的替代模型。采用权衡方法,求得多目标的最优解。结果表明有限元拓扑优化结果的重量减少40%,蝴蝶阀最小压力损失系数为0.475 5,最大应力为134.09 MPa。证明该设计是兼顾流动特性和结构安全性的蝴蝶阀蝶板多目标优化设计。 

【文章来源】：浙江水利水电学院学报. 2020,32(03)

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

蝶板截面主要形状变量

图2给出了蝴蝶阀蝶板截面的有限元模型,用于拓扑优化。该模型的材料是STS316,其杨氏模量E=193 GPa、泊松比v=0.27。黑色区域表示无法删除的元素,浅灰色区域表示可以在拓扑优化中将其删除。在各个方向上带有箭头的短线表示已知实验数据分析获得的各种流体压力。应该注意的是,在阀门下游也有压力,但是下游作用在蝶板表面上的压力与上游表面上的压力相比太小,因此可以忽略。图3显示了拓扑优化结果的重量减少40%。圆圈D中浅灰色区域可以删除,对整体配置影响不大。也就是说,蝶板的周边可以做得很薄。

图3显示了拓扑优化结果的重量减少40%。圆圈D中浅灰色区域可以删除,对整体配置影响不大。也就是说,蝶板的周边可以做得很薄。根据拓扑优化的结果,新模型(见图4)。相应的流场分析在相同的边界条件下进行应力分析。标记为“MX”的最大应力为50.5 MPa,出现在拐角区域,这表明流动的流体在前场相反的一半上产生更高的阻力。由于STS316的屈服应力为205 MPa,因此该新模型的安全系数大于4.0(K1=1.577 9),表明可以引用此模型以作为原型,下一步将基于该原型进行尺寸优化。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于响应面法的蓄能器壳体工艺优化[J]. 宋志远,刘淑梅,莫壮壮,赵毅.  轻工机械. 2020(02)
[2]基于ANSYS WorkBench的水轮机进水蝶阀的结构分析与优化[J]. 张融,殷德奎,徐旭升,刘进闯,洪宇.  机械. 2019(12)
[3]20CrMnTi倒挡中间齿轮精锻成形工艺模拟与优化[J]. 洪新阳,王士灿,周昊奕,邱海亮.  浙江水利水电学院学报. 2019(04)
[4]固液两相流下蝶阀的磨损特性研究与结构优化[J]. 郭建章,耿跃虎.  机械制造. 2019(03)
[5]基于多元统计的转轮优化分析[J]. 赵冬青,张双全,高向正.  浙江水利水电学院学报. 2018(01)
[6]模型替代方法在优化设计中的应用[J]. 刘万刚,宋述芳,樊维超,吕震宙.  中国工程机械学报. 2017(02)
[7]双排钢板桩围堰钢拉杆有限元分析[J]. 何勇,张浩,杨晓霞,蔡伟.  浙江水利水电学院学报. 2016(02)

硕士论文
[1]水轮机进水蝶阀关键零件的分析与优化[D]. 洪宇.武汉轻工大学 2018



本文编号：3576380