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。