截止阀固有频率优化设计以与振动特性分析,本论文为免费优秀的关于固有频率论文范文资料，可用于相关论文写作参考。
固有频率论文参考文献：
摘 要：截止阀是最重要的截断类阀门之一,也是管道系统中最常见的阀门之一.因此,科学和系统的设计截止阀的固有频率以及抗震性能对截止阀的安全运行有着重要的意义.本文通过建立截止阀的有限元模型求出了截止阀的低阶固有频率.其次,利用了PROE三维建模软件实现了对截止阀的参数化模型的建立,并通过与ANSYS DM建立了参数关联模型.基于参数关联模型对截止阀的一阶共振频率进行了优化设计,并分析了截止阀在频域内的响应.结果显示最低固有频率大于地震频率范围,在固有频率附近的频域内的加速度响应显示最大应力和最大位移均在合理范围之内.
关键词：截止阀；振动特性；固有频率；优化设计
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）11-0280-03
1 阀门的振动分析研究现状
振动是引起设备破坏的一个重要原因,很大程度上影响着设备的安全和稳定运行.研究振动的目的是查看设备的健康状况,往往被作为设备安全评估的一个指标.
近几年,还能多学者通过CAD/CAE的方法结合理论分析展开了有关阀门振动方面的研究.刘文斌[1] 通过采用数值仿真与实验测量两种方法,对水管路系统典型蝶阀的内流场分布、结构振动及噪声情况进行研究,以期获得阀门振动噪声研究方法及蝶阀振动噪声特性.邓君[2] 从多个方面分析了阀门振动和噪声产生的主要原因,并从设计、加工、阀门选用以及配套设备布置等方面提出了预防和减弱阀门振动噪声的措施.严根华[3]等根据基于超越机制的结构动力可靠性公式,给出了适合于计算通航船闸阀门流激振动动力可靠度的表达式.曹文斌[4]结合CFD的方法分析了阀门的气动载荷,进而在该载荷作用下进一步分析阀门振动冲击损伤,探究其发生异常现象的机理.
本文以截止阀为研究对象,对其进行有限元建模和模态分析,并优化了相关参数.然后分析优化后的参数对外部激励的影响.
2 截止阀阀盖与阀体的参数化模型建立
本文首先通过ProE中的参数化模型的建立方法完成了截止阀阀盖的参数化几何模型.图1表示ProE软件中的参数设置界面.本文对截止阀阀盖支撑部分的厚度和曲率半径进行了参数化处理.图2表示截止阀阀盖的几何模型以及参数设置示意图.
按照同样的方法对截止阀阀体也进行了参数化模型的建立,主要是对阀体的加强筋厚度和宽度进行了参数化建模.最终,考虑到计算时间较长本文中只考虑了阀盖的加强筋厚度和阀体的加强筋厚度的变化.图3表示截止阀阀体的参数化几何模型.
3 基于ANSYS的参数化模型导入与关键参数提取
在Proe中打开Workbench,双击Workbench中的Geometry,打开DM.然后,再单击generate,此时模型成功导入Workbench,可实现将ProE参数化模型导入ANSYS中.图4表示PROE—ANSYS参数关联耦合示意图.图5表示截止阀参数化有限元模型.其中DS_B2为截止阀阀体的加强筋厚度参数,DS_B为截止阀阀盖的加强筋厚度参数.图中可以看出在ProE中设置的参数化模型已经成功导入到ANSYS中为进一步的优化提供了基础数据参数.
4 阀门的模态分析
有限元模型是进行有限元分析的数学模型, 模型的形式会直接影响计算精度、计算时间、所需内外存大小及计算过程能否完成.
有限元模型的建立可以分为以下几个步骤：
1）建立研究对象的近似模型.因为必须考虑该模型是否能生成有限元网格,所以这里我们简化一部分结构,比如说倒角,圆角.
2）生成网格
基于ANSYS有限元网格划分的方法分为以下几种：自由网格划分、映射网格划分、扫掠网格划分以及混合网格划分.考虑到这里我们分析阀体的固有特性,网格划分要均匀,且笔者的电脑配置不高,希望计算量小,计算时间短,因而让ANSYS15.0自动划分网格,结果如下图所示.
3）定义材料
工程的每个部件都是由特定材料制成的,材料定义不同,所得到的结构也会不同.这里我们根据实际情况一一定义,其中材料库里找不到的材料,用系统默认的结构钢代替.
4）定义载荷和边界条件
不同的载荷和边界条件,所得出的结论都会有很大的区别.边界条件在微分方程求解中是为了限定变量值,最终得出求解结果.对于截止阀,我们需要将其两边的螺栓孔用ANSYS中的“fixed support”固定.因為分析的是固有频率,是模型的一种固有特性,故不用加其他载荷.
Block Lanczos 法可以在大多数场合中使用,提取速度快,是一种系统默认的方法,可以很好地处理刚体振型,本文采用这种提取方法.
5）计算结果
本论文研究中将截止阀的第一阶固有频率设为了优化目标,在计算完成后发现当阀盖的加强筋厚度为57,阀体的加强筋厚度为12时其一届固有频率为90.944接近目标值.表一为优化设计后的前5阶固有频率值.
振型图如图所示,根据动画效果,我们可以了解到不同频率的变形情况：
第1阶频率时：整个结构以螺栓结合面的中心为轴心,阀盖以上的部分沿X轴方向来回摆动；第2阶频率时：整个结构以螺栓结合面的中心为轴心,阀盖以上的部分沿Y轴方向来回摆动；第3阶频率时：阀盖以上部分以Z轴为旋转轴,来回旋转.并且手轮变形严重；第4阶频率时,阀盖以上部分既沿Y轴方向来回摆动,同时又在YZ平面上上下波动；第5阶频率时,阀盖以上部分既沿X轴方向来回摆动,同时又在XZ平面上上下波动,而且阀体部分也开始轻微的变形；从以上分析可知,截止阀振动的时候前四阶固有频率均大于90Hz,并且其振动主要发生在截止阀的手柄和阀盖部分,从5阶振动开始阀体部分才开始产生形变.
5 加速度响应分析
模态分析可以求解各部位的相对振动情况,能够求出截止阀的固有特性.但在外界激励下,各部位的振动情况与截止阀的固有特性有所不同.所以对截止阀进行谐响应分析以了解其在动态干扰激励下结构的抗振性能.前面,我们已初步求解出截止阀的固有频率.一般我们考虑前三阶的共振影响,从截止阀的十阶固有频率表我们可知截止阀前十阶的固有频率,所以我们取频率为0～150 HZ下的谐响应,步长为1HZ.从截止阀的十阶振型图中可知,手柄的变形最为严重,所以我们将手柄作为形变研究对象,来分析其在0～150HZ下的位移的情况.当分析应力时,阀体加强筋处所受应力最大,故将阀体加强筋作为受力分析对象.求解之前,还需添加一定的约束.在这里,我们将阀体两边的孔固定.表2,3表示不同加速度激励下手柄和阀体加强筋部分的最大应力值的变化情况.表中可以看出当加速度值增大的时候各个方向的应力值逐渐增大,但在安全范围之内,小于其屈服强度.
6 结论
本文通过建立截止阀的参数化有限元模型对截止阀的一阶固有频率进行了优化,并求出了截止阀的前5阶固有频率以及固有阵形.首先,利用了PROE三维建模软件实现了对截止阀的参数化模型的建立,并通过与ANSYS DM建立了参数关联模型.基于参数关联模型对截止阀的一阶共振频率进行了优化设计,并分析了截止阀在频域内的加速度响应.结果显示最低固有频率值为90.944Hz远大于地震频率范围,最大加速度响应下的应力值在合理安全范围之内.
参考文献：
[1] 刘文彬. 水管路系统阀门流固耦合振动噪声特性研究[D]. 哈尔滨工程大学,2011（11）.
[2] 邓君.阀门振动噪声分析与预防措施[J].机电信息,2015（27）：144-145.
[3] 严根华,阎诗武,骆少泽,陈发展.高水头船闸阀门振动动力可靠度研究[J].振动,测试与诊断,1996（2）：36-43.
[4] 曹文斌,刘靖华,张锦.基于流固耦合效应的气动阀门振动冲击分析[J].中国力学大会,2015：156.
结论：关于本文可作为固有频率方面的大学硕士与本科毕业论文固有频率论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。
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