闸阀--阀体设计应力有限元分析
某弧形闸门闸墩三维有限元应力应变分析
某弧形闸门闸墩三维有限元应力应变分析张敏;周理想;张策【摘要】The structure stress in arc strobe is very complex .The safe operation and service life of buildings is determined by the stress and strain in bullfrog .In this paper the ANSYS software is applied to analyze the sluice pier at static load of the work under different conditions of state .The conclusions and optimum suggestions can be drawn in this paper : Concrete in bullfrog at the maximum stress, the performance of other parts of concrete material is not fully developed .Therefore, for the optimization design of the structure , in order to ensure the sluice pier thickness and radial gate support size unchanged , the size of the bullfrog will be widened.So, the stress of bullfrog will be improved , and the area of rich concrete will be reduced .In this way, for the purpose of save material and full use of materials can be realized .By analyzing the stress and strain in different conditions of state , the conclusions can be used to guide the design and testing directly , and to provide a reliable basis for optimize design .%应用大型结构计算软件Ansys，对某弧形闸门闸墩应力应变进行三维有限元模拟计算与分析。
基于有限元法的阀门力学与密封性能分析(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
基于有限元法的阀门力学与密封性能分析(1)
通过有限元分析方法，考虑各部件间的相互影响，建立闸阀系统级的三维非线性有限元模型。
计算钛合金阀体、座圈与闸板在外载荷作用下的应力值和变形量，分析各部件的力学性能、密封性能以及扭矩的合理性，为进一步结构优化工作提供有效的参考依据。
一、前言阀门的强度、刚度以及密封性能是阀门最重要的技术性能指标。
在设计时要求必须具有足够的强度和刚度，以保证长期使用而不发生破裂或产生变形;要求阀门各密封部位有合理的密封比压，以保证密封部件不损伤而又能有良好的紧密度，以阻止介质泄漏。
而基于经典力学理论的常规设计计算方法由于其固有的局限性，对于复杂几何结构、多载荷作用下的计算是无能为力的，即使对于受简单边界条件的结构，也会因为结构较复杂使得计算不准确，甚至与实际相差甚远。
因此，基于有限法的数值模拟成为解决这些复杂问题的利器，很多学者及技术人员，对阀门单个零部件进行了有限元计算和结构分析。
本文以闸阀为对象，考虑部件之间的接触作用，建立起阀体、座圈与闸
板一体化的三维非线性有限元模型，同时获得阀体、座圈与闸板各部件的应力与变形计算结果，以及能综合评价密封性能的座圈接触应力、座圈与闸板的间隙值等重要数据，据此分析各部件结构的合理性并提出结构优化思路。
二、闸阀结构计算分析1.闸阀结构
由于本分析主要考察阀体、座圈与闸板等零部件的力学性能和密封性能，因此在三维建模时，忽略其他不考虑且对分析结果影响甚微的部件，通过三维建模软件SolidWorks 建立如阀体使用纯钛材料，其泊松比0.35，弹性模量。
利用有限元分析法对阀座进行优化设计
利用有限元分析法对阀座进行优化设计运用有限元分析法对重要受力零件进行应力和变形分析，不仅使设计工作更快捷、更直观，而且也大大保证了设计的完整性、可靠性。
针对油田阀门CAD、CAE技术的现状和发展趋势，应用SolidWorks和COSMOS软件的无缝连接，对平板阀阀座进行受力分析。
根据分析结果，优化设计参数，并提出基于理论分析的改进方案，为阀门的结构优化设计与性能改进提供数据支持。
标签：阀座；阀板；建模；有限元分析0 引言菏泽龙泵车辆有限公司是专门生产石油机械的厂家，生产制造平板阀多年，如图1。
生产的平板阀，结构形式非常简单，是油田上最常见的。
密封原理也是大家所熟悉的，就是靠镶装在阀体里的一对波形弹簧分别在阀板的两侧推动阀座，使其密封端面始终贴合在阀板的密封侧面上，从而实现密封，如图2。
而且阀板还可以在两个阀座之间自由挪动，从而实现开启和关闭的功能如图3。
在对平板阀进行设计时，按照以往的类比方法，只要根据老产品对主要零件进行比例放大就可以了。
这是一种非常快捷的设计方法。
在对PFF78-70进行初步试制时就是简单地运用了这种方法。
本想缩短制造周期，但试制结果却证明这是一个不可靠的策略。
由于阀座尾部受力截面太小，局部应力大，产生了危险截面如图4a，试制平板阀阀座承受不了来自阀板的压力，致使阀座尾部由于局部应力过大而变形扩张成喇叭状，造成阀座与阀体配合孔过盈卡死，使波形回位弹簧失效，进而造成阀板与阀座之间的密封面无法贴合而产生缝隙，最终使得密封失效，型式试验失败。
找到了密封失效的原因，更加认识到对受力零件进行全面受力分析的重要性。
但只凭传统的计算方法对形状不规则零件进行分析计算很难做到面面俱到。
如对阀体进行应力校核计算也只是把阀体结构由一个复杂的四通结构简化为一个直通的厚壁筒体，对结构本身的复杂特点未能充分考虑，造成模型与实际受力偏差较大，给设计计算带来较大的误差。
幸好掌握了以SolidWorks和COSMOS 为平台的有限元分析法，这就使设计和验证工作变得快捷、全面，而且可靠。
船闸闸首结构应力应变三维有限元分析
第１ ７卷第 ６期 ２１ ０ １年 ６月
水利 科 技 与 经 济
Ｗ ａｅ ｏ ｓ ｒ ａ ｃ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｃ ｎ ｍｙ ｔ ｒＣ ｎ ｅ ｖ ｎ ｙ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｏ ｏ
Ｖ０ ７ Ｎｏ ６ Ｌ１ ．
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．，０ １
船 闸 闸 首 结 构 应 力 应 变 三 维 有 限 元 分 析
李炳华 ， 王金 玺 ， 志奇 ， 刘 吴云云 ， 徐
（ 河海大学 水利水电学院 ， 南京 ２０９） １０ ８
超
［ 要］ 采 用空 间三 维实体有 限元 法 ， 立 了船 闸 闸首 结 构 的仿 真 力 学模 型 ， 用有 限 元 分 摘 建 利 析 软件 对 力 学模 型进 行有 限元 分析 ， 到 了各 阶 段 的位 移 、 得 内力 等 力 学指 标 ， 究探 讨 了船 闸 研 闸首及 基础 在检修 工况 下的 变形 和 应 力规 律 ， 了解船 闸 闸首 和 基 础 在设 计 条 件 下的 工作 形 以
Ｔｈ ｅ ｍ ｅ ｓｏ ｎ Ｉｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｔＳ ｒ ｓ ｎｄ Ｓ ｒ ｉ ｒ ｅ Ｄｉ ｎ ｉ ａ ｌＦｉｌｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓ ａ ｔ ａｎ
Ａｎ ｌｓｓ ｏ ｃ ａ ｔ ｕ ｔ ｒ ａｙ ｉ ｆＬｏ ｋ Ｈｅ ｄ Ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ
Ｌ ｉｇ—ｈ ａ Ｗ ＡＮＧ Ｊｎ—ｘ ， Ｉ Ｚ ｉ ｉＷ Ｕ Ｙ ｎ—ｙ ｎ， ｈ ｏ ＩＢ ｎ ｕ， ｉ ｉ Ｌ Ｕ ｈ —ｑ ， ｕ ｕ ＸＵ Ｃ ａ （ ｏ ｅｅｏ ｔ ｏ ｓｒａ ｃ ｎ ｄｏｏ ｅ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｈ ｈｉ ｎｖｒ ｔ， ａｊ ｇ２ ０ ９ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ Ｃ ｎｅ ｎｙａｄＨｙｒｐ ｗ ｒ ｇｎ ｅｉ ， ｏ ａ Ｕ ｉ ｓ ｙ Ｎ ｎｉ １０ ８ Ｃ ｉａ ｌ Ｗａ ｒ ｖ Ｅ ｎ ｅｉ ｎ
用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设计阀体
用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设
计阀体
倪伟
【期刊名称】《数字技术与应用》
【年(卷),期】2009(000)010
【摘要】阀门是火力发电重要管道部件之一,目前随着我国火力发电技术水平以及环保节能要求的提高,机组参数也越来越高.随之而来,阀门的研发设计水平也必须提高.在阀门设计中,最为重要的就是阀体的强度结构设计与流体力学分析.随着许多制图、计算等辅助设计工具的开发和运用,我们现在可以更加方便快捷和准确地分析和设计.本文以高温高压的堵阀阀体设计为例,用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设计阀体,从而很快得出直观精确的数据,为我们校核强度改进设计提供有力支持.
【总页数】1页(P33-33)
【作者】倪伟
【作者单位】四川省自贡市华夏阀门有限公司,四川自贡,643001
【正文语种】中文
【中图分类】TK413
【相关文献】
1.用SolidWorks三维软件设计采煤机行走箱传动的方法 [J], 马修水;李慧
2.用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设计阀体 [J], 倪伟
3.利用有限元分析法对阀座进行优化设计——借助SolidWorks和COSMOS [J], 卞翠云;赵忠华
4.基于SolidWorks三维软件的移动式侧方停车位设计 [J], 王玉勤;丁泽文;王寅斌;武海峰
5.基于SolidWorks三维软件的全自动轮胎去毛机设计 [J], 穆德敏;陈广硕;郝国斌;张驰;周绍驰;赵旭;姜旭
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有限元法在阀门中腔泄漏分析的应用
原 因探讨和设计参 数的选择 【 ． Ｊ 阀门 ，２０ （） ： 】 ０９ ３
２ —７ Ｇ Ｍ ４２ ．
则就会泄漏。而工作工况时，外载荷产生的附加弯矩导 致垫片沿周向应力分布极不均匀，垫片的受拉侧 （ 即内
侧 ）与法兰产生相对分离趋势 ，使得垫片压应力迅速 减 小 ，垫片的最大压应力不￣３ＭＰ ， 小于所要求的密 Ｉ０ ａ 远 Ｉ 封比压６ＭＰ ，并且应力分布极不均匀 ，这是闸阀中腔 ５ ａ
设计所取的预紧 力偏大 ，不但使得螺栓的应力超 出屈服 极 限而产生塑性变形 ，而且使得垫片的压应力分布不均
匀，压应力闭合环带宽度偏窄。在工作工况时，由于复 杂外载荷的作用 ， 产生螺栓应变增大而引起连接部件间
间隙变大 ，从而过分减少垫片压力而性 接触模 型和热 一 结 构耦合模型 ，建立三维有限元计算模型进行求解 ，科学
１． ３ ６ ＇ ５ ” ９ １ ９ ２ ２ ５ ２ ２日 １ ７
分析闸阀中腔泄漏的原因，为中法兰泄漏原因及法兰垫
片螺栓 系统的强度及 紧密度设计及研究提供 了新的思路
和技术手段 。
图５ 设计工况下 的螺栓应力强度
参考文献
［ 杭华 江 ，李润方 ， 林腾 蛟． 电站核 容器法兰 三维 １ Ｊ 某 瞬态密封分析 ［． Ｊ 重庆大 学学 报 ，２０ ，２ （１ ］ ０３ ６ １）：
图７ 工作工况下 的垫 片的接触应 力分布云 图 ，可 为 以看出 ，垫片的应力分布不是均匀分布的。上下两个被 压面应 力分布状态相似 ，但大小不一样 ；径向 （ 从内圈 到外圈 ）应力分布状态差别很大 ，垫片的外边缘主要受
压缩作用 ，产生压应力。同时 ，垫片的周向应力大小也
【 曹占飞． ４ ］ 法兰、螺栓连接系统的三维有限元分析［． Ｊ石 １
角式截止阀阀体设计与有限元分析
１ ． １ 设计 参数
根据 阀 门设 计要 求 ，拟 定 阀体设 计 参
数 如 下 ：介 质 的工 作压 力 ：１ ４ ＭＰ ａ ；公 称 通 径 ：Ｄ Ｎ ４ （ ） ｍ ｍ； 结 构 长 度 ： １ ３ ０
形 ，扁 圆形 ，矩 形 等 ） 等基 本 形状 ，应 分
效 是 以产 生过 大 的残 余 应变 为标 志 ，因此
式中： Ｓ 一 考 虑 腐蚀 裕 量 后 阀体 的 壁 厚 ， ｍｍ； Ｄ 一 阀体 中腔最 大 内径 ，ｌ ｌ ｌ ｉ ｉ １ 。此 处取 Ｄ ＝ ７ ５ ｍｍ；Ｃ一 考 虑 铸 造 偏 差 、 工 艺性 和 介 质 腐 蚀等 因素 而附加 的裕 量 ，ｍｍ，取 Ｃ ＝ ０ ． （ ） Ｓ ｍｍ；
７． １ ７ ５ ｍｍ 。
根 据 工 作 介 质 的 性 质 选 择 合 适 的 材 料 ，要保 证材 料 具有 一定 的 耐腐 蚀性 ，并 具有 足够 的 强度 和 刚度 。考 虑 ￣ Ｉ Ｊ Ｚ Ｇ２ （ ） ０ — ４ （ Ｘ ） 具有 良好 的塑 性 、韧性 和焊 接 性 能 ， 适 用于受 力不 大 ，要求 韧性 高 的 各种机 械 零 件 ，符 合 要 求 ，因 此 选 定 阀体 材 料 为
别按 不 同的 公式 计算 阀体 壁 厚 。 （ ３）阀体 内外 径之 比 。 当 阀体 外 径
ｍｍ；与 管道 的 连 接 形式 ：法 兰 式 ；介质 的 工 作 温 度 ：４ ０℃ ≤ｔ ≤１ ２ ０℃ ，常 温 使 用 ；介 质物 理 特性 ：无毒 非 易燃 易爆 的 液 态介质 ，腐蚀性 很 小 。
技 术 创 新
３ ３
角式截止阀阀体设计与有限元分析
平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计
平板闸门参数化有限元分析及结构轻量化设计摘要：随着社会经济的发展和人们对水资源的需求增加，水利工程的建设逐渐增多。
平板闸门作为水利工程中常用的水位调节设备，其性能和结构设计对工程的安全运行至关重要。
本文基于参数化有限元分析方法，对平板闸门的结构进行了模拟与分析，并提出了轻量化设计方案，以提高结构的效率和经济性。
关键词：平板闸门，参数化，有限元分析，结构轻量化设计引言：平板闸门作为水利工程中常见的水位调节设备，其主要功能是控制水流的通断和调节水位。
在设计过程中，需要兼顾结构的稳定性、强度和经济性。
目前，传统的设计方法主要基于经验公式和工程经验，设计效率较低且缺乏科学性。
参数化有限元分析方法可以辅助工程师对结构进行全面的分析和优化设计，提高结构的性能和经济性。
方法：本文采用参数化有限元分析方法对平板闸门的结构进行模拟与分析。
首先，通过建立三维模型，确定平板闸门的几何参数。
然后，利用有限元分析软件对结构进行计算和分析，得到应力、位移等结果。
最后，通过参数化优化算法，对结构进行轻量化设计，以提高结构的效率和经济性。
结果与讨论：通过有限元分析，我们得到了平板闸门在不同水位和负荷情况下的应力分布和变形情况。
分析结果表明，传统设计中的一些结构部件存在着过度设计的问题，不仅增加了材料的使用量，还增加了施工和维护的难度。
基于参数化有限元分析的轻量化设计方案，能够有效减少结构的重量，降低材料成本，同时保证结构的稳定性和强度。
结论：本文基于参数化有限元分析方法对平板闸门的结构进行了模拟与分析，并提出了轻量化设计方案。
通过优化结构的几何参数和材料的选择，可以有效提高平板闸门的效率和经济性。
本研究为平板闸门的设计和改进提供了理论和实践依据，具有一定的工程应用价值。
有限元仿真分析-阀体受力分析
阀体受力分析
1.问题引出
液态水流经阀体，阀体①固定，阀体②可以上下移动，通过阀体②可以关闭、打开水流通道，放置于1个大气压环境下。
如下图示：
1.1 问题解决
随着计算机的仿真软件的发展，使用有限元软件，可以很轻松的解决这个问题。
这里使用Gambit和Fluent软件进行仿真计算。
1.1.1建立网格文件
首先，使用Gambit软件建立流体流动平面，设定好尺寸。
第二，因为阀体间隙较小，因此需要先对其进行网格的建立，使其能有较好的网格出来。
这里1cm划分5个网格。
再对整个面进行网格划分。
得到结果如下图：
第三，设定边界类型，左边蓝色边界是速度入口边界，其余红色边界为压强出口边界，白色为固壁边界。
如下图示：
最后，生成网格文件，供fluent软件使用。
1.1.2使用Fluent软件进行有限元分析
首先，将生成的网格文件载入到Fluent软件，进行网格检查，确定长度单位为CM，接着是对求解器、紊流模型、流体材料的设定。
第二，设定操作条件，以及边界条件，这里设定速度入口边界的初始速度为10m/s，压强出口边界的相对压强为0.
最后，设定残差为万分之一，并进行100次迭代计算。
得到结果如下：
A.压强分布图
B.速度矢量分布
C.阀体②垂直方向受力收敛图
所以，阀体②垂直方向受力为方向垂直向下，大小约为0.15N的力。
基于有限元分析的阀门设计优化
基于有限元分析的阀门设计优化1. 引言阀门作为一种重要的流体控制装置，在各个工业领域中扮演着至关重要的角色。
为了确保阀门能够正常运行和长时间使用，设计优化成为一个不可忽视的问题。
有限元分析作为一种计算机辅助工程设计的方法，可以有效地帮助工程师优化阀门设计并提高其性能。
本文将探讨基于有限元分析的阀门设计优化的方法和应用。
2. 有限元分析简介2.1 有限元分析的基本原理有限元分析是一种将连续体分割成有限个单元，通过数值计算方法对每个单元进行分析并逐步得出整体结构的一种方法。
其基本原理是将复杂的结构离散化，引入有限元模型，通过求解矩阵方程来求解结构的应力、位移等参数。
2.2 有限元分析的应用有限元分析在工程设计中有广泛的应用。
对于阀门设计优化而言，有限元分析可以帮助工程师分析阀门的受力情况、热膨胀等问题，并提供有关应力、变形和疲劳等方面的关键数据。
3. 阀门设计的优化目标在进行阀门设计优化时，需要明确设计的优化目标。
常见的优化目标包括：- 提高阀门的密封性能：通过优化阀门密封面、密封材料等方面，提高阀门的密封性能，减少泄漏。
- 减小阀门的流阻：通过优化阀门内部流道的结构，减小流体通过阀门时的阻力，提高流量和流速。
- 提高阀门的强度和刚度：通过优化阀门结构、材料选择等方面，提高阀门的抗压强度和刚度，减少变形和位移。
4. 有限元分析在阀门设计优化中的应用4.1 阀门材料的选择有限元分析可以帮助工程师分析不同材料在不同工况下的性能表现。
通过建立材料的有限元模型，并进行受力分析，可以评估材料的强度、刚度等性能，从而选择最适合的阀门材料。
4.2 阀门流道的优化有限元分析可以帮助工程师分析阀门内部流道的流动情况。
通过建立流道的有限元模型，并进行流场模拟，可以评估阀门的流阻和流动特性。
工程师可以根据分析结果，优化阀门的流道结构，减小流阻，提高流量和流速。
4.3 阀门受力分析有限元分析还可以帮助工程师分析阀门在工作过程中的受力情况。
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闸板阀--阀体设计应力有限元分析
1 前言
阀门是特殊承压类设备，属于异形压力容器。
国内外阀门的设计水平是紧跟压力容器设计技术的发展，API规范中许多技术标准都是引用了ASME标准的。
阀体作为阀门的外壳及主要耗材零件占阀门重量的70%，其设计水平对阀门制造成本、工作性能和使用寿命有决定性的影响。
应力分析设计法在阀体设计中被采用，尤其是一些高参数和特殊结构阀门。
应力分类是应力分析设计的一大特征，ASME规范中给出应力分类的原则和部分典型问题的分类结果，但对于实际的工程问题在规范中不一定都能找到对应的结果，而且规范也没有给出具体的分类方法。
如何在掌握应力分类思想的基础上运用一定技巧对实际工程问题中的应力进行分类和评定是实现分析设计的核心也是难点问题。
2 应力分类和应力分析设计法
应力分类概念源于美国ASMEVII-2，是应力分析设计的核心内容，以详细的结构应力分析为基础，根据应力产生的原因、对失效模式所起的作用及应力的分布把应力分为一次应力（Pm、PL和Pb），二次应力Q和峰值应力F，以等安全裕度为原则对不同性质的应力用不同的强度条件加以限制，危险性较小的应力可以比危险性大的应力取更高的许用应力值。
相比较于常规阀门设计的单一失效准则，在确定结构的强度限制条件时引入应力分类思想，不同种类的应力服从于不同的强度条件，一方面考虑了可能出现的一些主要失效模式而使设计更安全可靠；另一方面允许局部可控制的塑性区的出现，适当提高了许用应力值，在严格保证安全性的基础上充分发挥材料的承载潜能而使设计更经济，节约材料。
3 阀体的应力分析和应力分类
阀体与圆筒形容器相比，形状复杂，而且不同阀门的阀体形状各异，不可能得到阀体应力计算的精确公式。
常规设计中，一般用途的阀门是将阀体简化成直通圆筒，依靠最小壁厚来保证其强度的，不进行详细的应力计算，而根据经验公式得出的壁厚值在综合考虑安全性和经济性方面不一定是最合理的，使设计有一定的盲目性。
应力分类要求进行详细的应力计算，得到结构的实际应力分布情况。
随着计算科学的发展，有限元法可以有效的对阀体进行应力分析，许多优秀的分析软件也成为我们解决实际工程问题的重要工具。
阀体是阀门最重要的受压零件，它主要功能是作为工作介质的流通通道和承压部件。
工作时阀体内壁承受工作介质的压力，各法兰分别受螺栓力和垫片力的作用，关闭状态时阀座受密封力的作用，除此之外阀体还会受温度载荷作用和工作介质腐蚀影响。
在这样复杂的受载情况下，对阀体的应力分布状况首先关注两个问题：一是最大应力出现的部位及大小。
二是应力集中问题。
应力集中使局部地区出现的高应力降低该区域承载能力，应通过结构优化进行消除。
最大应力出现的地方是阀体最危险、需要强度校核的地方，阀体由于结构形状和受载情况不尽相同，最大应力区也不相同。
通常在进出口管与阀体中腔分型面附近会出现较大应力，筋板和阀体或法兰连接处、壁厚变化处、直径较大阀体的中腔、阀座底部倒圆角等有形状突变的地方都可能出现应力集中。
了解阀体应力分布状况后，要对最危险地区进行强度校核，先将应力分为平衡压力与机械载荷所必需的一次应力，满足外部约束条件或自身变形协调所必需的二次应力和由局部结构不连续或局部热影响引起的附加于一次与二次应力之上的峰值应力。
按标准，阀体中平衡内压引起的薄膜应力为一次总体薄膜应力Pm，局部区域如进出口管附近由外载荷或内压引起的薄膜应力为一次局部薄膜应力PL，局部结构不连续处的弯曲应力为二次应力Q，总体热应力也属于二次应力Q。
典型闸阀阀体应力的分类情况列于表1。
4 计算实例
采用ANSYS软件，以闸阀（CLASS900，NPS8）为例对阀体进行详细应力分析计算，根据分析设计应力分类思想对阀体进行强度评定。
阀体材料WCB，杨氏弹性模量E=206GPa，泊松比μ=0.25，抗拉极限为482.8MPa，屈服极限为248.3MPa，设计应力强度Sm=165.5MPa。
4.1 建立阀体实体模型
本文采用实体建模法，先生成几何模型，再进行网格划分，便于几何上的改进和单元类型的改变，容易实现有限元模型的生成。
先采用SolidWorks建立阀体几何模型，然后把模型格式转换导入ANSYS中进行结构静力分析。
几何模型建立时，将次要的局部位置进行简化。
根据阀体结构、载荷、材料等对称的特点，将研究对象沿对称面剖取一半进行分析（见图1）。
4.2 阀体有限元模型的建立
4.2.1 定义单元属性
根据阀体的结构和受力特点，采用砖形六面体单元Solid45对模型进行离散，该单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。
单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。
4.2.2 网格划分
采用智能网格划分SmartSizing，考虑几何曲率以及线与线的接近程度，将划分尺寸定为5。
划分网格后的模型有17850个单元，51384个节点。
网格划分结果如图2所示。
4.3 边界条件、加载和求解
根据阀体的受力情况，管法兰端面施加固定约束，剖分面施加无摩擦滑动约束。
在阀体与介质接触的内表面施加水压试验23.4MPa压力。
加载后进行求解。
4.4 结果分析
后处理采用通用后处理器，处理后显示等效应力云图如图3所示。
最大应力出现在阀体进出口管内侧与阀体中腔交界处分型面附近，是处于结构形状有突变的地方，与实际失效区域较一致，计算结果具有工程意义。
4.5 应力分类与强度评定
4.5.1 应力分解
有限元求解得出的是组合应力，要进行应力分析强度评价，先采用等效线性化方法对应力校核线上的应力强度值（当超过屈服点时为名义应力或虚拟应
力）进行分解。
等效线性化方法是采取静力等效的办法用一个等价的线性化应力分布代替实际应力曲线。
在最大应力出现的地方阀体中腔与进口管交界处选取穿过壁厚的应力校核线如图4所示。
等效线性化处理结果如图5所示，应力分解后均匀分布的平均应力属于薄膜应力，线性分布的应力属于弯曲应力，还有非线性部分。
4.5.2 应力分类
利用内嵌于软件后处理器中的等效线性化把实际应力曲线用静力等效的办法做线性化处理，只分解出薄膜应力、弯曲应力与非线性应力部分，分解出的应力还必须要根据应力产生的原因、作用和应力的分布来分析属于哪个类型。
根据ASME规范VII-2，在局部区域，考虑防止产生过大变形而降低传递载荷的能力，由内压或其他机械载荷产生的均匀分布的薄膜应力无论是一次还是二次的都划归为一次局部薄膜应力，同时明确将所有线性分布的弯曲应力划归为二次应力。
这样，二次薄膜应力被划归为一次局部薄膜应力，局部弯曲应力虽然按其产生的
原因含有一次的成分，但考虑它具有二次应力的一些特点而统统被划为二次应力，从整体考虑是合理的。
根据以上分析，按照应力分类的规定，在局部区域，均匀分布的薄膜应力为一次局部薄膜应力PL，它是局部应力区薄膜应力总量，其中包括了Pm，所以在此只校核PL。
线性分布的弯曲应力为二次应力。
4.5.3 强度评定
提取薄膜应力、薄膜应力+弯曲应力，求取应力强度，按照不同的强度极限进行评定。
评定结果如表2所示。
可见阀体的设计壁厚能够满足要求，能确保阀门正常运行工况下安全可靠。
但总体来看阀体应力水平不高，在保证铸造工艺和腐蚀裕度前提下，应根据应力分布，适当减薄阀体壁厚。
表2 各类应力强度评定结果
5 结语
对于阀体这种复杂部件采用应力分析设计，往往能够得到比常规设计更安全、更经济的的结构。
用有限元法或其他计算方法得到详细的阀体应力分布状况并没有完成分析设计，还必须把应力进行分类，对不同性质的应力采取不同的限制条件，充分发挥材料承载潜能，才能使设计即安全可靠又有良好的经济性。