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，運用有限元分析軟件對閘板進(jìn)行了網(wǎng)格劃分、約束、加載，對計算結果進(jìn)行了分析，得出所設計閘板能滿(mǎn)足工況要求的結論，為高壓閘板閥的閘板設計提供了理論依據。

　　閘板是平行閘閥最重要的零件，閘板在開(kāi)啟關(guān)閉的過(guò)程中受到關(guān)閉過(guò)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://likelearn.cn/)經(jīng)過(guò)對閥板進(jìn)行有限元力學(xué)分析，了解其應力應變分布規律，對改善閘板受力情況，改進(jìn)其結構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

　　由于閘板模型結構比較簡(jiǎn)單，對其整體結構采用C3D4四面體單元對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其中在壓力作用面上進(jìn)行了細化，共劃分18981個(gè)節點(diǎn)，96777個(gè)單元，其網(wǎng)格模型見(jiàn)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，達到了105MPa，且其約束主要時(shí)通過(guò)閥座與閘板之間的摩擦力來(lái)進(jìn)行固定，因此，對閥座與閘閥之間的接觸面進(jìn)行了位移全約束，見(jiàn)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(dòng)，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(jiàn)圖3所示。

圖3 施加載荷后的閥板

4、有限元計算結果及分析

　　通過(guò)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力狀態(tài)進(jìn)行有限分析，見(jiàn)圖4所示。

圖4 閥板整體的Mises應力圖

　　為了能更準確的觀(guān)察閘板內的應力狀況，取閘板的半剖圖(見(jiàn)圖5所示)以及局部放大圖(見(jiàn)圖6所示)，以便能直觀(guān)的觀(guān)察閘板內的應力分布情況。

圖5 閥板內部Mises應力圖

圖6 閥板位移應力圖

　　通過(guò)以上的分析可知，整個(gè)閘板所受到的應力主要在集中在26-220MPa范圍內，且大部分都處在低應力區，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應力集中，其應力集中處最大應力值為281.7MPa。

　　為了能夠更好的了解閘板的應力分布情況，通過(guò)取應力集中區域三種不同的路徑a、b、c(見(jiàn)圖7所示)，來(lái)對路徑上的應力大小進(jìn)行分析。

圖7 三種不同路徑a、b、c

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

圖8 路徑a下的應力曲線(xiàn)和位移曲線(xiàn)

圖9 路徑b下的應力曲線(xiàn)和位移曲線(xiàn)

圖10 路徑c下的應力曲線(xiàn)和位移曲線(xiàn)

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

5、結束語(yǔ)

　　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應力集中，其應力集中處最大應力值為281.7MPa。路徑c處產(chǎn)生了應力集中最大值為281MPa。閘板的設計能滿(mǎn)足工況的要求。也為今后閘板設計提供指導意義。