阀体四合环位置应力分析及优化设计

核心提示： 图2 装配体模型 图3 应力云图 在ANSYS 经典界面中打开“db”文件，运用软件的应力评定线功能，阀体四合环位置应力分析及优化设计(2)，提取阀体安放四合环的位置并垂直于壁厚的薄膜应力和薄膜+弯曲应力值，数值列于表1， DesignXplorer 友好易用的图形

图2 装配体模型　 图3 应力云图

在ANSYS 经典界面中打开“db”文件，运用软件的应力评定线功能，提取阀体安放四合环的位置并垂直于壁厚的薄膜应力和薄膜+弯曲应力值，数值列于表1。

表1 阀体四合环位置的应力强度值

由结论可知，阀体在承受水压强度试验时，应力强度值没有超过许用值。现将阀体模型四合环处的尖角更改为圆角，并把圆角的属性更改为“DS”，将圆角参数化，之后转入ANSYS DesignXplorer 进行优化设计分析。

DesignXplorer 技术可以量化地研究零部件设计参数变化时结构响应和热响应的变化，并用图形直观地表示这些变化，由此设计人员可快速地由现有产品生成新型设计，也可根据新的工作条件对现有零部件进行优化。

重复上述的定义材料属性、施加载荷并求解的全过程，保存结果后，将模型转入DX 中。根据机械加工工艺方面的要求，将圆角的下限设置成R=0.5mm ，由于四合环的空间限制，将圆角的上限设置成R=4mm 。经求解计算，得到圆角-应力曲线（图4）。

图4 圆角-应力曲线

从曲线可以看出，在R=0.5～2.2mm 时，最大应力随着圆角的增加而逐渐减小在R=2.2mm 处达到最小值，之后在R=2.2～4mm 时，最大应力趋于平缓，说明随着圆角的增大而最大应力的变化并没有受到较大的影响。圆角与最大应力值的对应关系如表2 所示。将圆角的期望值设置成中间值，重要性设置为高，将最大应力值的期望值设置成最小，重要性设置成高，得到优化设计的三个候选方案（图5）。软件的优化设计结论认为，当R=2.2502mm 时，各项综合指标最优。

图5 优化设计结果

表2 圆角与最大应力的对应关系

图片看不清楚？请点击这里查看原图（大图）。

结合机械加工中的实际情况，设计时将圆角的大小定义为R=2mm 。

3 结术语

ANSYS 为设计提供了动态的交互工具，对设计方案修改带来的变化提供了瞬时的反馈。 DesignXplorer 可与DesignSpace 共同工作，与主流的CAD 软件进行双向的参数传递，可大大降低设计的迭代次数，加快设计流程。 DesignXplorer 友好易用的图形用户界面和准确的计算结果，有助于产品的设计创新，达到工程系统的质量要求。