大口徑閘閥效應力分布狀況及疲勞壽命分析

大口徑閘閥是公稱通徑為350mm^1200mm之間的閘閥，在工業上有著廣泛的應用。由于大口徑閘閥閥體受到安裝尺寸的限制，其容納閘板的中腔通常為扁圓形或橢圓形的異形容器，很難用理論公式對其進行結構分析。因此，對大口徑閘閥閥體進行結構優化十分困難，結構優化也只能依靠工程經驗。閥體作為大口徑閘閥承壓主要部件之一，由于其結構復雜，會產生應力集中、變形不協調，然后導致閥體使用壽命降低、發生泄漏。因此，通過采用   的計算機輔助工程(CAE，Computer Aided Engineering)技術對大口徑閘閥閥體結構的強度、剛度性進行數值分析和優化設計，并對閥體結構進行疲勞壽命分析。進而為閥體結構的改進提供依據和指導，縮短產品開發設計過程。

本論文以大口徑閘閥閥體為主要   對象，利用大型有限元軟件ANSYS對其進行有限元靜力分析、優化計算和疲勞壽命分析。

以ANSYS Workbench優化分析平臺，建立大口徑閘閥閥體的模型，根據實際情況設定邊界條件，分別按照實際工況和試驗工況施加載荷，對閥體進行了有限元靜力分析，   閥體等效應力的大小和分布狀況。結論認為大口徑閘閥閥體的應力集中現象明顯，且在實驗壓力下不能滿足使用要求，所以在閥體中腔外部增加加強筋，以此降低閥體的大等效應力并使應力分布   加均勻。

在滿足工程要求的情形下，對加強筋的結構進行優化(   的范圍內)，找到一個   的方案。本文采用兩種方法對加強筋的結構進行優化，只是后者結合了   法的優化算法。兩者優化結果一致，但后者迭代步驟   少，計算簡便。

優化結果表明，改進后的閥體等效應力大值減小35.82%，應力集中程度減小，   了閥體的應力分布狀況，使其分布   加均勻，變形協調，提高閥體的強度和剛度。

后，利用ANSYS Workbench Fatigue軟件，結合疲勞損傷理論、ASME法規第m卷的要求，對大口徑閘閥閥體進行疲勞分析計算，找出設計薄弱的閥體部分，通過優化閥體結構，增加閥體強度，提高閥體使用壽命。