速关阀冲击强度有限元分析

论文摘要

随着船舶工业的发展,对调车装置的可靠性提出了更高的要求。速关阀是调车装置中的关键部件之一,其性能对调车装置整机运行的可靠性有着重大的影响。本文对速关阀在快速关闭过程中的结构强度进行了有限元分析并对速关阀的关闭时间是否满足要求进行了计算。首先介绍了相关的冲击理论及有限元的基本原理和算法。其次分析了速关阀的工作原理并对其在工作状态下进行受力分析。在液流惯性阻力未知的情况下解决了速关阀关闭时间问题。即速关阀关闭的时间即为活塞缸中液体油完全排出的时间。确定了该问题为厚壁孔口出流问题,并求出厚壁孔口的流量系数。再将整个路程离散为多个路程点,根据厚壁孔口出流的瞬时速度求出活塞等执行部件每一个路程点的瞬时速度,由此求出速关阀的关闭时间。并很好地解决了加载的难题。将整个过程的力的载荷转化为最后一路程点的速度载荷。最后运用Pro/E建立阀头、阀杆等的三维实体模型,通过接口程序导入ANSYS/LS-DYNA进行动态分析。分析表明阀头、阀杆与阀座撞击产生的冲击应力较小,不会造成彼此的断裂破坏。本文还分析了阀座受到撞击时阀座对蒸汽室壁的应力影响。本文所做的这些工作,可以为速关阀的强度计算及其性能设计研究提供有价值的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 研究现状概述
• 1.3 研究方法及研究内容
• 第2章 相关算法及原理介绍
• 2.1 冲击相关理论概述
• 2.2 ANSYS/LS-DYNA数值算法思想
• 2.2.1 有限元法的基本原理及步骤
• 2.2.2 LS-DYNA中的几个基本概念
• 2.2.3 接触算法
• 2.2.4 时间步的控制及加速计算的方法
• 2.3 材料的失效
• 2.4 本章小结
• 第3章 速关阀冲击问题解决方法研究
• 3.1 速关阀结构及工作过程受力分析
• 3.1.1 速关阀的结构及各部件作用
• 3.1.2 速关阀工作原理及受力分析
• 3.1.3 底部弹簧力的计算
• 3.1.4 液压腔中液流阻力的计算
• 3.2 流体分析方法
• 3.2.1 孔口类型确定
• 3.2.2 厚壁孔流量系数的确定
• 3.2.3 活塞瞬时速度的计算
• 3.3 路程点离散拟合
• 3.4 本章小结
• 第4章 速关阀工作过程的数值仿真计算
• 4.1 引言
• 4.2 软件介绍
• 4.3 速关阀的实体建模及装配
• 4.4 阀头与阀杆撞击阀座的冲击应力分析
• 4.4.1 实体模型的获得及简化
• 4.4.2 单位制及材料属性
• 4.4.3 选取单元及划分网格
• 4.4.4 施加载荷与边界条件
• 4.4.5 求解控制及计算
• 4.4.6 阀头与阀杆和阀座的撞击应力结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 蒸汽室的静态结构应力分析
• 5.1 有限元模型的获得
• 5.2 求解及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢