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阀门开关结构强度分析


阀门开关结构强度分析 作者:Simwe 来源:MSC 发布时间:2012-12-26 【收藏】【打印】复制连接【大中小】我来说两句:(1) 逛逛论坛

下图是工程中常见的一种阀门开关结构的示意图, 手柄的转动带动传动销旋转, 实现阀门的 打开和闭合,止动销用于锁定阀门的状态。为保证结构的可靠性,止动销须具有一定的强度 要求,以避免工人误操作时造成结构的破坏。通常情况下,需要保证手柄在一定的推力作用 下,止动销不能脱离阀体。

此问题是一个典型的接触非线性问题,在 Nastran 中可使用 SOL 600 模块来进行分析。 下面对此问题的分析过程和方法作一简述。 1. 模型简化 由于关心的主要对象是止动销,因此在此问题中,可把手柄和阀体都简化成刚体模型。 在 Nastran SOL 600 中,刚体都是用面来定义,因此可抽取手柄外表面(侧面)以及阀 体和止动销可能的接触面来定义成刚体。抽取的手柄外表面如下:

按分析要求,手柄受外力作用,因此定义手柄刚体时,采用载荷控制。并设定该刚体不能平 动,只能绕传动轴转动。手柄的受力,等效成力矩加载到刚体上。为定义刚体约束和载荷, 须在传动销轴线上定义两个节点,用作刚体的控制点。刚体定义如下:

控制点的约束和载荷如下:

刚体定义时,还需要注意接触面,应确保刚性面的箭头指向刚体内部,接触在刚体外表面。 如下:

阀体刚性面定义成固定即可。 止动销根据其结构特点,可简化成壳单元,也可用体单元来分析。在此为简单起见,在此简 化成壳单元进行分析。壳单元建模时,一般是取结构的中面。在本问题中,如果取结构的中 面, 则不同厚度的止动销, 分析模型都要重新创建 (否则会影响接触对间的间隙或产生过盈) 。 为简化,取止动销的内表面划分网格,在设置接触参数时,将选择忽略壳厚底的顶面接触。 这样同一个模型就可以用于不同厚度的分析, 只需在属性设置中改变壳厚度参数即可。 止动 销抽取内表面,并划分单元,如下图。注意单元法向,在后面的设置中定义顶面接触。

2. 计算设置 为避免手柄和止动销接触前, 手柄刚体转动时可能导致的计算不收敛, 需要做一些辅助单元 和刚体端部 GLUE 在一起,同时在辅助单元上建一个小刚度接地的 bush 单元。

同样,可在止动销壳单元上也创建一个小刚度接地的 bush 单元,以消除止动销可能发生的 刚体运动。 求解参数设置,设置壳单元接触探测的参数为“Top Only”和“Ignore Thickness”。

3. 计算结果 厚度 1mm 的结果如下图所示。由于止动销变形到一定程度后会脱离和阀体的接触,脱离 接触后计算将不收敛,所以整个计算时间不会到 1。

厚度 1.5mm 的结果间下图,计算可以正常结束。 4. 总结 本文以一个阀门开关结构的示例说明了此类结构的分析方法,以及建模过程中的注意事项, 同时也体现了 Nastran SOL 600 强大的接触分析功能。


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