俞树荣等:大口径闸阀阀体强度分析与结构优化　　　　　　　　　　　　　　　　

中腔有明显的应力集中现象,原因是此处形状发生突变,并且截面为近似椭圆体形状,更接近于矩形,

受力状况不好,这也正是大口径闸阀设计和计算的难点所在,因此有必要讨论阀体中腔形状对阀体强度和应力分布的影响

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图1　阀体的参数化模型图

Fig.1　Parametricmodelingdiagramofvalvebody

格,划分网格后的模型有51797个节点,29851个单元,如图2所示.阀体的材料为WCB,材料特性为

杨氏弹性模量E=206GPa,泊松比μ=0.25;体进出口两端法兰施加固定约束,y向约束;M,

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图4　阀体等效应力云图

Fig.4　Equivalentstressnephogramofvalvebody

2　阀体结构优化

2.1　影响阀体强度的结构参数

由阀体最大应力位置处在阀体中腔可知,中腔

形状对阀体强度有很大的影响.对阀体中腔形状有影响的参数以阀座凸台截面为基准,如图5所示,中腔其余位置的形状都以此截面为基准得到,由图中可看到,此截面有5个参数,大圆位置由R=1300mm和短轴长度L=112.5mm来完全定义,小圆半径为r=259mm,大小圆相交处为R1=40mm的倒圆,其中阀体最小壁厚为t=25.4mm,小圆半径等于中法兰半径,在此不做讨论,因此只有R、R1和短轴长度L三个参数对阀体中腔形状有影响

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图2　有限元划分网格后的模型图

Fig.2　FEMeshingdiagramofvalve

model

图5　阀座凸台截面图

Fig.5　Sectionalviewofvalveseatingboss

图3　施加载荷约束后的模型图

Fig.3　Valvemodelappliedwithloadconstraints

2.2　阀座凸台截面参数优化

1.2　计算结果

经有限元程序求解后,得到由第三强度理论为基础的阀体等效应力,如图4所示,阀体最大等效应

力为144.2MPa,材料的许用应力[σ]=120.69MPa,最大等效应力超出材料许用应力范围,在阀体

为了减少阀体应力集中现象,使应力分布更加均匀并满足强度要求,对其中腔进行结构优化.

1)优化目标:阀体等效应力最大值小于材料许用应力.

2)设计变量:由计算结果得知,应力最大值在阀体中腔处,并且影响阀体中腔形状的参数为R、R1和L,因此定义设计变量DS_R、DS_R1、DS_L的初