用流固耦合方法对阀体进行应力分析.
基于流固耦合的高温泵叶轮应力有限元分析
收 稿 日期 ： ００—１ ２ ２１ ２— ８
基金项 目：国家科技支撑 汁划项 目（ ０ ８ Ａ ３ Ｂ ０ ；国家 自然科学基金资助项 目（ ０ ００ ９ ２０Ｂ Ｆ４ １ ） ５ ５ ９０ ） 作者简介 ： 孔繁余 （９ ６ ） 男 ， １５ 一 ， 江苏扬州人 ， 教授 ， 博士生导师（ ｏ ｇ ２ １＠ｓｈ ．Ｏ ， Ｋ ｎｆ ９ ８ ｏｕ ＣＢ） 主要从事流体 机械研究 ｙ 王 婷 （９ ５ ） 女 ， １８ 一 ， 河北石家庄人 ， 硕士研究生（ ｒ ｎ＠ １６ ＣＢ） 主要从事流体机械研究． ａｙ ｇ ２ ．Ｏ ， ｗａ
高 温泵 叶 轮在 高 速 运 转 过 程 中需 要 承 受 离 心
工 作 条件 和重要 程度 ， 应力 和变 形 计 算包 括 残 余 其 应力 、 静应 力 、 动 交 变应 力 等 的计 算． 振 本研 究 全 面 分 析 了多个 工况 下 叶轮 的静应 力特性 ］ ．
力、 流体 作用 力 、 质 腐 蚀 等 作用 ， 以叶轮 内有 很 介 所
Ｋｏ ｇ Ｆａｎ ｕ ｎ ｙ ， Ｗａ ｇ ｉ ｇ ｎ Ｔ ｎ ， Ｗａ ｇ ｎ ｉ ｇ ｎ Ｗｅ ｔｎ ，Ｚｈｏ ｈｕｑ ｎ ｕ Ｓ ｉｉ ｇ
（ ． ｅｅ ｒｈ Ｃ ｎｅ ｏ ｌｉ ｃ ｉｅｙ Ｅ ｇ ｅ ｒ ｇ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ ｉ ｇｕ Ｕ ｉｅｓｙ， ｈ ｎｉｎ ，Ｊ ｎ ｓ １ ０ ３ ｈｎ ； ． ｉｎｉ １ Ｒ ｓａｃ ｅ ｔ ｆ ｕｄ Ｍａｈｎ ｒ ｎ ｉ ｅｉ ｎ ｅｈ ｏｏ ，Ｊ ｎ ｓ ｎｖ ｒ ｔ Ｚ ｅ ｊ ｇ ｉ ｇ ｕ２ ２ １ ，Ｃ ｉａ ２ Ｔａ ｊ ｒ Ｆ ｎ ｎ ｇ ａ ｉ ａ ａ ｎ
流固耦合流程
流固耦合流程流固耦合是指流体与固体之间相互作用、相互影响的一种现象。
在工程领域中，流固耦合分析已成为设计和优化产品性能的重要工具。
本文将以流固耦合为主题，介绍流固耦合分析的流程和应用。
第一部分：引言流固耦合在众多工程领域中发挥着重要作用，比如航空航天、汽车工程、海洋工程等。
流体与固体的相互作用不仅会对产品的性能产生影响，还可能引起破坏性的振动和噪声。
因此，进行流固耦合分析来评估和改进产品性能至关重要。
第二部分：流固耦合的基本原理在进行流固耦合分析之前，我们需要了解流固耦合的基本原理。
流体与固体之间的相互作用主要包括压力和速度对固体的作用，固体形状对流体流动的影响，以及固体振动对流场的影响等。
这些相互作用可以通过数值模拟方法进行分析和预测。
第三部分：流固耦合分析的流程1. 前处理：在进行流固耦合分析之前，首先需要进行前处理工作。
前处理包括几何建模、网格划分、材料属性定义等。
准确的前处理是进行流固耦合分析的基础。
2. 流场计算：在进行流固耦合分析时，首先需要计算流体场的流动状态。
根据问题的具体需求，可以选择合适的数值求解方法，如有限元法、有限差分法、有限体积法等。
通过求解流体方程，得到流场参数，如速度、压力等。
3. 固体分析：在流场计算完成后，需要进行固体的应力和变形分析。
通过求解固体的力学方程，得到固体的应力和变形情况。
这些结果对于评估产品的结构强度和稳定性至关重要。
4. 边界条件耦合：在流固耦合分析中，流场和固体分析需要进行边界条件的耦合。
这意味着固体的边界条件受到流场的影响，而流体的边界条件又受到固体的影响。
通过迭代求解流场和固体方程，得到耦合后的边界条件。
5. 后处理：在流固耦合分析完成后，需要进行后处理工作。
后处理包括结果的可视化、数据的提取和分析等。
通过后处理，可以直观地了解产品的性能和响应。
第四部分：流固耦合分析的应用流固耦合分析在多个工程领域中都有广泛的应用。
以航空航天工程为例，利用流固耦合分析可以评估飞机的气动性能、翼面的变形情况以及机翼的气动弹性特性。
新型冷却塔用水轮机流固耦合计算与分析
新型冷却塔用水轮机流固耦合计算与分析摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，为研究一种新型冷却塔用水轮机结构的稳定性，通过双向流固耦合计算，分析水轮机桨叶在稳定运行时的应力变化及变形，揭示了固体叶轮应力分布与水体压力分布的规律。
结果表明，该水轮机的转轮叶片应力分布均匀，且叶片的总变形主要发生在叶片出水边侧；叶片动应力主频、变形主频与叶片通过频率相吻合，可知叶轮结构的动静干涉引起的波动是造成叶片动应力波动及总变形变化的主要原因之一。
关键词：冷却塔；水轮机；流固耦合；应力；变形引言冷却塔循环水系统的富余能量往往白白浪费，如何将其“变废为宝”？由江苏河海嘉裕节能科技有限公司与河海大学组成的研发团队经过自主研发，将水的动能收集转化为机械能作为风机的动力源，成功研制出替代传统电机驱动风机的高效水轮机，为工业领域节能减排提供强力支撑。
日前，该研究通过由中国石油和化工联合会组织的科技成果鉴定。
以往冷却塔冷却时所用的风机均由电动机带动，所耗电能巨大；而冷却塔冷却的循环水出口具有一定压力，这部分压力都被浪费掉。
本项目研制的系列高效水轮机，利用循环水系统的富余压力，推动水轮机转轮，带动风机旋转，达到降温目的，从而实现废能利用与降耗减排。
1新型水轮机的结构及参数1.1整机结构和三维模型某冷却塔内部代替电机驱动风机的水轮机设计转速为136r/min、流量2000m3/h、水头5m、比转速90.0346，桨叶29个，导叶14个，其具有结构特殊的轴向环状出水蜗壳。
该超低比转速水轮机由导水结构、转轮结构、尾水管结构构成。
其中，导水结构包含蜗壳引水管、蜗壳、导叶组成的座环；转轮结构包含桨叶组成的转轮、转轮轴、上冠、下盖等；尾水管结构包括尾水管和尾水连接管等。
这种水轮机采用圆形和椭圆形断面下端开口的特型蜗壳，水流从蜗壳进口横向流入，通过蜗壳下端的圆环状出口轴向流入导水叶栅，经导水叶栅作用变成圆环状轴向螺旋出水，再进入与之匹配的转轮桨叶栅做功，最后乏水通过尾水管机构流出，进入冷却塔设置的布水管内。
基于有限元方法的流固耦合分析研究
基于有限元方法的流固耦合分析研究随着人们对材料和结构性能的需求不断提高，流固耦合问题研究越来越受到关注。
流固耦合分析主要研究流体流动与固体变形之间的相互作用和耦合效应。
在流固耦合分析中，有限元方法成为最常用的分析方法之一。
本文将从三个方面对基于有限元方法的流固耦合分析进行讨论。
一. 基本原理在流固耦合分析中，有限元方法起到了至关重要的作用。
在有限元方法应用中，流场模拟和固体变形分析的研究已经非常成熟。
但是，在将流场和固体变形结合起来进行研究时，需要考虑流场对固体进行的压力和剪切载荷以及固体对流体流动的影响。
这是一种非线性问题，需要进行高效的数值分析.有限元方法的基本原理是将运动的物体划分成有限个小部分，然后用有限元模型离散处理每个小部分，通过简单的微分方程组成了均衡方程，然后使用数值法求解。
这种方法是一种数值分析方法，主要用来解决固体强度、稳定性、弹性和塑性分析问题。
同时，它还能够被用于研究流体流动、热传递和电磁场问题的解决方案。
二. 动力学中的应用在动力学中，有限元方法是一种广泛应用的方法，可以帮助人们准确预测材料和结构的力学性能。
基于有限元方法的流固耦合分析使得我们能够更为准确地预测材料结构的变形。
通过对其物理和机械属性的模拟，我们能够更好地了解物体的反应和行为。
流固耦合分析可用于模拟一般材料和技术性成分的结构，如飞机飞行时飞行表面的变形，以及汽车发动机在运行时的振动和变形。
同时，它还可以用于研究核反应堆的材料和组件，以及火箭发动机的设计。
三. 工业中的应用有限元方法的工业应用很广泛。
对于自动化工业而言，这种方法可以减少费用和时间，同时提高产品的质量。
例如，有限元模拟可以使用软件来模拟产品的变形，如汽车的碰撞试验，振动，加速度等。
有限元方法还可以用于模拟钢铁、铝和塑料的加工，同时还可用于气动设计和水动力学分析。
总结：流固耦合分析是一项复杂的工程技术，而有限元方法则是一种解决流固耦合问题的重要方法。
AnsysCF流固耦合分析
流固耦合 FSI 分析分析原理：流场米用CFX12固体米用ANSYS12分别计算，通过界面耦合。
流体网格：流体部分采用HyperMesh9.0 分网，按照流体分网步骤即可，没有特殊要求。
网格导出：CFX可以很好的支持Flue nt的.cas格式。
直接导出这个格式即可。
流体的其余设置都在CFX-PRE中设置。
固体网格即设置：HyperMesh9.0 划分固体网格。
设置边界条件，载荷选项，求解控制，导出.cdb 文件。
实例练习：以CFX12实例CFX tutorial 23 作为练习。
为节省时间，将计算时间缩短为2s。
网格划分：提取CFXtutorial 23中的实体模型到hm中，分别划分流体，固体网格。
分别导出为fluent 的.cas 格式和ansys 的cdb 格式。
流体网格如下：网格文件见:fluid.cas固体网格为：特别注意：做FSI分析时，ANSYS固体部分必须在BATCH下运行(即将.cdb文件导入ansys不需要任何操作就能直接计算出结果) ，所以导出的.CDB 文件需要添加一个命令，在hm建立FSIN_1的set，以方便在.cdb中手动添加命令SF,FSIN_1,FSIN,1，具体位置在定义了节点集合FSIN_1 之后。
另一个set ：pressure 用于施加压强。
这里还设置了一些控制卡片用于分析，当然也可以直接修改.cdb 文件详细.cdb 文件请参看plate.cdb将固体部分在ansys 中计算一下，以确定没有问题。
通过ansys 计算检查最大位移：最上面的点x 向变形曲线至此，固体部分的计算文件已经准备好，流体网格需要导入CFX以进一步设置求解选项和耦合选项。
以下在CFX-PRE中进行设置由于固体模型已经生成，故不需要利用workbench，所以不必按照指南的做法。
启动workbench ，拖动fluid flow(CFX) 到工作区直接双击setup 进入CFX-PRE导入流体网格然后设置分析选项：再新建一个流体，取名fluid 。
基于Workbench混凝土搅拌车叶片应力分析
Journal of Mechanical Strength2016，38（4）：887-891DOI ：10．16579/j．issn．1001．9669．2016．04．039*20141120收到初稿，20141205收到修改稿。
＊＊高耀东，男，1966年月生，内蒙古赤峰人，汉族，内蒙古科技大学教授，硕士生导师，从事制造业信息化CAD 、CAE 技术的研究应用的教学与科研工作。
基于Workbench 混凝土搅拌车叶片应力分析*BASED ON THE WOＲKBENCH CONCＲETE TＲUCK MIXEＲBLADE STＲESS ANALYSIS高耀东＊＊胡鑫（内蒙古科技大学机械工程学院，包头014010）GAO YaoDong HU Xin（Institute of Mechanical Engineering ，Inner Mongolia University of Science and Technology ，Baotou 014010，China ）摘要传统方法计算混凝土搅拌运输车搅拌叶片所受应力时，通常将搅拌功率转化为对叶片的均布载荷，但由于搅拌过程中叶片与混凝土之间的作用力并不是均匀分布的，从而使计算结果产生较大的误差。
为了准确得到流体载荷对搅拌叶片的影响，研究采用流固耦合分析方法，应用CFX 与Ansys Workbench 对搅拌叶片进行数值模拟分析，得到搅拌叶片在搅拌与出料过程中所受的应力，并与传统应力分析结果进行对比。
分析结果表明：搅拌叶片根部应力值最大，叶片端部位移最大，这为叶片的强度校核提供了可靠依据。
关键词混凝土搅拌车流固耦合搅拌叶片应力分析CFX中图分类号TU642TH114AbstractTraditional method to calculate stress ，concrete mixer truck mixing blades are usually of blade stirring power canbe converted to uniformly distributed load ，but due to the mixing blade in the process of acting force between concrete and is not evenly distributed ，so that the calculation results have larger error．In order to accurately obtain the fluid load on the mixing blades．This study used the fluid-structure coupling analysis method ，provided application of CFX and ANSYS Workbench numerical simulation analysis was carried out on the mixing blade ，then it got the stress of mixing blade in the process of mixing and discharge ，and compared with traditional stress analysis results．Analysis results show that the mixing blade root stress value ，and the largest parts move biggest blade end ，it offers the reliable basis for the intensity of the blade．Key wordsConcrete mixer truck ；Fluid-structure interaction ；Mixing blade ；Stress analysis ；CFXCorresponding author ：GAO YaoDong ，E-mail ：574254229@qq．com Manuscript received 20141120，in revised form 20141205．引言随着国内建筑业的蓬勃发展，混凝土的使用量也在不断增加，混凝土搅拌运输车在我国也进入了高速发展时期，成为当今建筑业的“宠儿”。
旋转机械流固耦合分析技术及应用
旋转机械流固耦合分析技术及应用
旋转机械流固耦合分析技术中的机械分析方法主要包括有限元分析方法和多体动力学分析方法。
有限元分析方法将旋转机械离散为网格单元，通过求解弹性模型得到机械结构的应力、应变和变形等信息。
多体动力学分析方法则以刚体为基础，研究机械结构的平动和转动，通过求解刚体模型得到机械结构的位移、速度和加速度等信息。
1.研究机械结构的安全性和稳定性。
通过对旋转机械在流体环境中的耦合分析，可以获得机械结构的应力、位移和变形等信息，进而判断其安全性和稳定性。
在航空航天和船舶工程中，这对于保障飞行器和船舶结构的安全性至关重要。
2.优化机械结构的设计。
通过耦合分析，可以对旋转机械的结构参数进行优化，以提高其性能和工作效率。
例如在风力发电领域，通过对风轮叶片的形状和尺寸进行优化，可以提高风轮的抗风性能和发电效率。
3.研究流体环境对机械性能的影响。
旋转机械在流体环境中工作时，流体的性质和流动方式可能会对机械性能产生影响。
通过耦合分析，可以研究流体环境对机械的气动特性和润滑性能的影响。
这对于优化机械的工作过程和延长机械的使用寿命具有重要意义。
4.仿真与验证。
利用旋转机械流固耦合分析技术，可以对机械的工作过程进行数字仿真，并与实际试验结果进行比较和验证。
这可以大大提高工程设计的准确性和效率，在产品开发和研究中起到重要作用。
总之，旋转机械流固耦合分析技术在工程领域的应用具有重要意义。
通过该技术的有效应用，可以对旋转机械与流体环境之间的相互作用进行
分析和研究，为工程设计和优化提供重要的参考依据，推动旋转机械领域的发展和创新。
单座调节阀空化与流固耦合振动特性研究
单座调节阀空化与流固耦合振动特性研究单座调节阀是工业控制过程中常用的一种执行机构，其在流体控制中起着重要的作用。
然而，在使用单座调节阀时，常常会出现空化现象，造成流固耦合振动，影响系统的稳定性和可靠性。
因此，进行单座调节阀空化与流固耦合振动特性的研究非常必要。
单座调节阀空化是指介质通过调节阀过程中，由于流速或压力突然降低，在阀内会产生蒸汽或气泡。
当这些气泡或蒸汽随流体通过阀门时，在高速撞击阀芯和阀座后迅速压缩，产生高频振动声响。
这种高频振动声响不仅会损坏阀芯和阀座，还会影响系统的工作性能。
在空化过程中，主要有三个阶段需要考虑：气泡形成、气泡成长和气泡爆裂。
气泡形成是由于流体的局部压力降低，使介质中溶解或吸附的气体析出，在低压区形成气泡。
气泡成长是指气泡在高速流动中不断吸收周围的气体，增大体积。
当气泡增大到一定程度时，受到流动的冲击和撞击，气泡会突然爆裂，产生噪声和振动。
要研究单座调节阀的空化与流固耦合振动特性，可以从以下几个方面进行分析：首先，需要对单座调节阀的结构和工作原理进行分析。
单座调节阀主要由阀体、阀芯、阀座和执行器组成。
在工作过程中，通过执行器控制阀芯的位置来调节阀的开度，控制介质的流量。
了解单座调节阀的结构和工作原理，可以帮助我们理解空化和振动的产生机理。
其次，通过数值模拟和实验方法，研究空化过程中介质的流动规律和气泡的形成、成长、爆裂过程。
数值模拟可以利用流体动力学软件，对空化过程进行仿真，分析气泡形成和消除的时间、位置和大小等参数。
实验方法可以构建实际的调节阀系统，观察气泡形成和爆裂的现象，测量振动的频率和振幅。
最后，根据研究结果，提出改善单座调节阀的设计和控制策略。
可以通过改进阀芯和阀座的材质和结构，提高其抗振动和耐磨性能。
可以采用智能控制算法，根据系统的工况和介质特性，预测空化的发生并采取相应的控制策略，减少空化和振动的影响。
综上所述，单座调节阀空化与流固耦合振动特性的研究对于提高系统的稳定性和可靠性具有重要意义。
基于流固耦合分析研究工作压力对隔膜泵泵阀运动规律的影响
基于流固耦合分析研究工作压力对隔膜泵泵阀运动规律的影响作者：张洋来源：《中国新技术新产品》2016年第19期摘要：泵阀是隔膜泵最主要的易损件，泵阀的寿命是影响隔膜泵连续运转率高低的主要因素。
经过工业实践发现，随着隔膜泵工作压力的升高，泵阀的使用寿命降低。
工作压力是隔膜泵设计过程中最为重要的参数之一，由工艺系统决定的固定参数，因此，需根据不同的工作压力对泵阀进行有区别地设计。
本文采用流固耦合分析手段得出阀的运动机理，对比不同工作压力对泵阀运动机理的影响，以此研究为基础，针对不同工作压力设计合理的泵阀结构，提高泵阀的使用寿命。
关键词：隔膜泵；泵阀寿命；工作压力；流固耦合中图分类号：TE312 文献标识码：A隔膜泵凭借其压力适应范围广，效率高，地形适应性强，环境污染小，安全可靠等特点被更加广泛地应用。
目前正在运行的隔膜泵中，问题最为突出的就是隔膜泵泵阀的寿命问题。
由于泵阀寿命不稳定，导致隔膜泵的连续运转率无法保证，造成巨大的直接与间接的经济利益损失。
本文针对影响泵阀寿命因素之一的工作压力展开研究，采用有限元分析软件ADINA进行隔膜泵液力端流固耦合分析，从而得出泵阀的运动规律。
研究不同工作压力对于泵阀运动规律的影响，通过调整出料口的工作压力，对比不同工作压力下泵阀的运动速度，以此对泵阀结构进行修改，从而达到提高泵阀寿命的目的。
1.流固耦合分析模型的建立以三缸单作用隔膜泵液力端的其中一列为基础建立分析模型，由于模型为对称结构，因此本分析模型采用对称模型进行分析，从而降低分析计算量。
模型如图1所示。
左侧为流场部分，右侧为结构部分，即进料阀与出料阀。
由于隔膜只是起到分离液压油与泵送浆体的作用，因此本模型将隔膜简化掉。
边界条件如下：流场部分的进料管口与出料管口添加压力边界，即泵的喂料压力与工作压力；油缸端面处按照泵的实际工作状态添加移动墙边界，模拟活塞的运动，与泵阀结构部分相接处为流固耦合边界。
泵阀结构部分按泵阀的设计参数进行限位。
基于流固耦合研究工作压力对隔膜泵球阀运动规律的影响
基于流固耦合研究工作压力对隔膜泵球阀运动规律的影响作者：蒋彪来源：《中国新技术新产品》2019年第15期摘; 要：在隔膜泵中，泵阀是隔膜泵最主要的易损件，球阀作为泵阀的一种，在各种压力和流量等级的隔膜泵中有着越来越广泛的应用。
目前，对于隔膜泵锥阀的研究已经有了比较完备的结论，可以进行指导设计，但是，关于隔膜泵用球阀的研究仍然较少。
工作压力是隔膜泵设计过程中最为重要的参数之一，是由工艺系统决定的固定参数，因此需要根据不同的工作压力，有所区别地进行球阀的设计。
该文采用流固耦合分析手段得出隔膜泵球阀的运动机理，对比隔膜泵不同工作压力对球阀运动机理的影响。
关键词：隔膜泵;工作压力;球阀;流固耦合中图分类号：TH323; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标志码：A0 引言隔膜泵在矿山、化工、氧化铝等行业有着广泛应用。
隔膜泵在各个行业应用中，工况各有不同，某些恶劣工况会给隔膜泵球阀的正常运动带来一定影响，进而会影响隔膜泵连续运转率。
该文研究了三缸单作用隔膜泵不同的工作压力对球阀使用性能的影响，其技术手段是采用ADINA有限元分析软件对液力端流固耦合分析。
1 球阀流固耦合分析条件与模型建立球阀是一种常用的单向阀，它的启闭件是一个球体，利用球体在导架内上升下降实现对流体的开启和关闭的目的。
球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向。
球阀不仅结构简单、密封性能好，而且在一定的公称通经范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，并且易实现快速启闭，相比锥阀结构更简单。
隔膜泵球阀按球阀的结构形式属于浮动球阀，属于隔膜泵产品中的易损件，因此研究球阀的工作规律，研究阀升程、速度、腔内压力等参数对隔膜泵使用可靠性有一定帮助。
以三缸单作用隔膜泵液力端其中一列为基础建立分析模型，由于模型是对称结构，该分析模型亦采用对称模型进行分析，从而降低分析计算量。
模型如图1所示。
其左侧为流场部分，右侧为结构部分，即进料阀与出料阀。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
作者简介:陈黎明(1968－,
男,辽宁新民人,高级工程师,主要从事阀门质量监督与检查验收工作。文章编
号:1002-
5855(201601-0025-02用流固耦合方法对阀体进行应力分析
陈黎明
(海军驻沈阳地区舰船配套军事代表室,辽宁沈阳110168
摘要
通过Solidworks Flow Simulation 流场分析,并结合单项流固耦合的分析方法,对
阀体进行
应力分析,得出阀体的应力分布云图,实现阀门在流通状态下的应力求解。
关键词
阀体;单项流固耦合;应力;Solidworks
中图分类号:TH134
文献标志码:A
Stress Analysis Applied on the Valve
Body by Fluid －Solid Coupling Method
CHEN Li-ming
(Navy Ship Fitting Military Agency Ｒesident in Shenyang ,Shenyang
110168,China
Abstract :By Solidworks Flow Simulation Flow field analysis ,combined with
individual fluid －struc-ture interaction analysis method ,stress analysis was carried out
on the valve body ,the stress distribution
cloud of the body was obtained and realized stress solution in circulation state of the
valve．Key words :body ;individual fluid －structure coupling ;stress ;Solidworks
1
概述
阀门在设计过程中,为保证其在工作条件下的安全性、可靠性及压力边界的完
整性,需对阀门进行应力分析和力学计算,计算压力一般按照设计压力或工作压力选
取。理论上阀门处于开启状态时,整个阀门腔体不完全承受工作压力,介质静压力对
阀门内部的应力分布很难通过常规计算方法求解。因此,引入流固耦合的理论并结
合软件进行应力分析,可减小对阀门应力分析和力学计算的误差。2分析
流固耦合力学是研究变形固体在流场作用下的各种行为,以及固体位形对流场
影响这二者交互作用的一种力学理论。流固耦合力学的重要特征是两相介质之间的
交互作用(fluid －solid interaction ,变
形固体在流体载荷作用下会产生变形或运动,
而变形或运动又反过来影响流场,从而改变流体载荷的分布和大小。正是这种
相互作用将在不同条件下产生不同的流固耦合现象。流固耦合求解有两场交叉迭
代、直接全部同时求解和有限元求解3种方式。
流固耦合的数值计算问题,随着计算机技术的发展,整个的求解趋向于N －S 方
程(Navier －Stokes equations 与非线性结构动力学。一般使用迭代求解,也就是在流
场和结构上分别求解,在各个
时间步之间耦合迭代,收敛后再向前推进。好处就
是各自领域内成熟的代码稍作修改就可以应用。其中可能还要涉及一个动网格
的问题,由于结构的变形,使得流场的计算域发生变化,要考虑流场网格随时间变形以
适应耦合界面的变形。3举例
以止回阀阀体(图1为例,利用有限元软件Solidworks FLow Simulation 和
Solidworks Simula-tion 对止回阀的阀体进行流固耦合应力分析。阀门公称压力
6.3MPa ,公称通径10mm ,材料F321,设计压力5.8MPa ,设计温度100ħ,进口压力
6.3MPa ,出口压力1.0MPa ,许用应力120.6MPa
。
图1止回阀阀体立体模型
利用Solidworks Flow Simulation 流体软件进行流体部分分析,边界条件设置为
进口压力6.3MPa ,出口压力1.0MPa (图2。
—
52—2016年第1期
阀门DOI:10.16630/j.cnki.1002-5855.2016.01.010
根据实际受力情况将流场部分的计算结果(压力载荷施加到阀体的腔体,耦合到
静力模型中,经计算得到结果(图3
。
(a
流线分布(b 云图分布
图2
阀体压力场
图3阀体应力云图
由阀体应力分布云图并结合应力线性化的曲线图(图4 图6,阀门有3个位置需
要评价
。
1．S112．S11薄膜应力3．S11薄膜应力加弯曲应力4．S225．S22薄膜应力
6．S22薄膜应力加弯曲应力7．S33
8．S33薄膜应力9．S33薄膜应力加弯曲应力
图4阀体第一个位置应力线性化曲线
第一个位置为阀体中法兰底端的阀颈处,
是一个整体结构不连续区,此处的一次薄膜应力强度不超过32MPa ,一次薄膜加
弯曲应力强度不超过49MPa ,一次加二次应力强度不超过90MPa 。第二个位置为
阀体左端通径处,此处的一次薄膜应力强度不超过30MPa ,一次薄膜加弯曲应力强度
不超过52MPa ,一次加二次应力强度不超过91MPa 。第三个位置为阀体右端通径
处,此处的一次薄膜应力强度不超过20MPa ,一次薄膜加弯曲应力强度不超过
42MPa ,一次加二次应力强度不超过80MPa
。
1．S112．S11薄膜应力3．S11薄膜应力加弯曲应力4．S225．S22薄膜应力
6．S22薄膜应力加弯曲应力7．S33
8．S33薄膜应力9．S33薄膜应力加弯曲应力
图5
阀体第二个位置应力线性化曲线
由流场压力分布云图和静态应力云图可知,介质压力在阀体中并不是均匀分布
的,进口端比出口端压力大。因此,进口端比出口端的应力强度要大,所以认为阀体整
个腔体都按照设计压力或工作压力进行应力分析和力学计算是具有一定误差的
。
1．S112．S11薄膜应力3．S11薄膜应力加弯曲应力4．S225．S22薄膜应力
6．S22薄膜应力加弯曲应力7．S33
8．S33薄膜应力9．S33薄膜应力加弯曲应力
图6阀体第三个位置应力线性化曲线
4
结语
流固耦合分析在工程设计中具有十分重要的意义,流体与固体的耦合作用是工
程实践中经常遇到的问题,直接影响工程的经济性和可靠性,有时甚至会引起整个结
构破坏的严重后果,造成重大经济损失。
参
考
文
献
[1]ＲCC －M 2002,压水堆核岛机械设备设计和建造规则[S ]．[2]EJ /T
1022．14－1996,压水堆核电站厂阀门应力分析和抗震分析[
S ]．[3]EJ /T 1022．15－1996,压水堆核电站厂阀门抗震鉴定试验
[S ]．[4]
张阿漫,戴绍仕．流固耦合动力学[M ]．国防工业出版社,
2011．
[5]陈黎明,王国春,郭军．阀门一次应力求解路线探讨[J ]
．阀门,2015,(6:22－23．
(收稿日期:2015.07.06
—62—阀门2016年第1期