原创《基于UG和ANSYS的阀门设计》
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摘 要：给出了以封闭式眼镜阀为例的阀门设计方法,在UG创建二维草图,通过拉伸特征命令建模,将UG导出的*.model文件导入ANSYS,根据眼镜阀的材料设置网格单元的类型、属性和尺寸,并依据工况施加约束和载荷进行求解,得出准确、直观的受力和变形云图,为设计者提供精确的数据.根据三维模型生成二维的工程图纸,便于工程技术人员更好地交流和沟通指导生产.
关键词：UG；ANSYS；封闭式眼镜阀；阀门设计
中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）12-65-3
ValveDesignBasedonUGandANSYS
ZHAOJunjie,CHANGJunping,MENGYu,GENGJinsha
(ShijiazhuangNo.1ValveCompany,Ltd,ShijiazhuangHebei050222,China)
Abstract：Inthispaper,thevalvedesignmethodofclosedglassesvalveispresented,andatwo-dimensionalsketchiscreatedinUG,whichiodeledbytensilecharacteristiccommand.ImportUGexported*.modelfilesintoANSYS,andthetype,attributes,anddimensionsofthegridunitaresetaccordingtothematerialoftheclosedglassesvalve,andtheconstraintsandloadsareappliedaccordingtotheoperatingconditionstosolvetheproblem.Anaccurateandintuitiveclouddiagramofstrainanddeformationisobtainedtoprovidethedesignerwithaccuratedata.Finally,accordingtothe3Dmodel,thetwo-dimensionalengineeringdrawingsaregenerated,whichisconvenientforengineersandtechnicianstobettercommunicateandguideproduction.
Keywords：UG;ANSYS;closedglassesvalve;valvedesign
0引言
进入21世纪以来,个人计算机性能日新月异,计算机辅助设计在阀门设计中得到了广泛应用,从而减轻了设计人员的劳动强度,缩短了设计周期并提高了设计质量,实现了三维建模、模拟仿真及二维工程图纸的生成,并能进行高精度有限元静力学分析,生成受力、变形云图,直观准确地反应受力、变形情况,提供了一种阀门计算机辅助设计的方法,保证设计质量.
1计算机的辅助设计
当前计算机辅助设计软件众多,UG和ANSYS作为2款功能强大、能够在主流个人计算机上顺畅运行的软件,受到了工程技术人员的青睐,在阀门设计中也得到了广泛应用.
UG是SiemensPLMSoftware公司出品的一个产品工程解决方案[1],可以为阀门设计提供数字化造型,可以快速方便地建立复杂的三维模型.ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件[2],功能强大、操作简单方便,现在已成为国际最流行的有限元力学分析软件,ANSYS设有UG接口模块,通过接口模块可将UG复杂的三维模型数据导入ANSYS系统,进行有限元静力学分析.
2设计方案
2.1设计
2.1.1封闭式眼镜阀性能参数
封闭式眼镜阀是一种公称通径大、结构形状复杂的阀门,三维模型如图1所示,参数如表1所示.
封闭式眼镜阀作为煤气管道截断设备[3],由盲板和透板以及阀门壳体组成,盲板和透板在阀门壳体内运动实现开启和关闭,阀门壳体分为主阀箱和副阀箱,二者通过方法兰连接.
2.1.2UG建模
采用UG软件以主阀箱为例三维建模过程如下：
创建文件D:\yanjingfa\work\zfx.prt用英文字母目录,单位mm.在UG的用户界面点建模按钮或者通过菜单应用[4]（N）→建模（B）,进入建模环境,在xy坐标系中绘制z方向拉伸特征的截面草图,点击命令“完成草图”,返回建模环境,选择下拉菜单插入（S）→设计特征（E）→拉伸（E）命令,输入z拉伸特征的起始值和结束值,创建法兰、圆筒、面板和z向工字钢等实体特征；同样的方法在zx坐标系中绘制y方向拉伸特征的截面草图,返回建模环境,通过拉伸（E）命令,创建y向工字钢实体特征；在x方向拉伸（E）生成方法兰,完成主阀箱建模,如图2所示.
将组成主阀箱的部件通过布尔求和操作：选择下拉菜单插入（S）→组合（B）→求和（U）,把所有实体特征布尔求和形成一个实体特征.主阀箱结构的形状和载荷具有yz、yx基准面对称的特性,则主阀箱结构的变形、应力、应变也具有同样的对称性,用分割命令：下拉菜单插入（S）→裁剪（R）→分割（P）,以yz、yx基准面将主阀箱分割成4份,为了减少ANSYS计算工作量,选择其中1/4作为分析对象,导出D:\yanjingfa\ansys\zfx.model文件.
2.1.3ANSYS静力学有限元分析
阀门工作时通过法兰连接固定在管道上,依据GB/T34917-2010《眼镜阀》,阀门壳体强度试验时,主阀箱内部承受介质压力为0.45Mpa,必须对阀门主阀箱的强度进行力学计算校核.ANSYS静力学有限元分析可以生成应力云图和变形云图,为工程技术人员的设计提供直观、准确的数据.采用ANSYS有限元分析主阀箱的方法如下：
①首先将UG导出的D:\yanjingfa\ansys\zfx.model文件,导入ANSYS.
②设置单元类型：ANSYainMenu/Preprocessor/ElementType/AddEditDelete启动LibraryofElementType添加Solid中10node92[5].
③设置材料单元属性,弹性模量Ex及泊松比PRXY：ANSYainMenu/Preprocessor/Materialprops/MaterialModels/props/MaterialModels/Structural/Linerr/Elastic/Isotropic,打开窗口设Ex值为2.06E5,PRXY值为0.3.
④设定单元网格尺寸：ANSYainMenu/Preprocessor/
Meshing/SizeCntrls/ManualSize/Global/Size打开窗口设定SIZEElementedgelength值为36.
⑤生成网格单元：ANSYainMenu/Preprocessor/Meshing/Mesh/Volumes/Free打开窗口点PickAll,完成网格划分.
⑥施加固定约束：ANSYainMenu/DefineLoads/Apply
/Structural/Displacement/OnAreas选择yz平面固定x向约束；选定yx平面固定z向约束；选择支腿底面固定y向约束.
⑦施加压强载荷：ANSYainMenu/DefineLoads/Pressure/OnAreas选择在阀门内腔表面和圆筒内表面,在弹出窗口设定VALUELoadPRESvalue值为0.45,施加压强载荷；盲板力：ANSYainMenu/DefineLoads/Pressure/OnAreas选择在阀门法兰端面,在弹出窗口设定VALUELoadPRESvalue值为1.694（盲板面积/法兰端面面积*0.45）.
⑧求解：ANSYainMenu/Solution/Solve/CurrentLS.
⑨查看结果：ANSYainMenu/GeneralPostproc/PlotResults/Contourplot/NodalSolu在弹出窗口NodalSolution/DOFSolution/.
Displacementvector显示变形云图,对称处理主阀箱变形云图如图3所示,在弹出窗口Solution/Stress/Vonmisesstress显示应力云图,对称处理主阀箱应力分布云图如图4所示.
由云图可以看出最大应力为118.184MPa,最大变形为2.574mm,满足设计要求,同样的方法可以设计副阀箱等部件和其他阀门.
3仿真
零部件设计完成后,在UG中将阀门的所有部件建立仿真装配[6],模拟运转试验,通过设定壳体部件的显示属性,可以直观反映阀门内部零部件的装配关系,模拟运转检查各部件是否干涉,如图5所示,并可以通过部件的三维模型生成常规二维生产图纸.
4结束语
通过UG建模,导入ANSYS进行阀门静力学有限元分析,可以精确直观反应阀门的各部分受力和位移,为设计者提供相对常规、计算更精准的数据,作为阀门设计的一种验证方式,保证设计质量.通过UG三维模型生成二维的工程图纸,附上三维正等测半剖视图,准确地将所有设计信息表达清楚,便于工程技术人员更好地交流和沟通指导生产.
参考文献
[1]高耀东,宿福存,李震,等.ANSYSWorkbench机械工程应用
精华30例[M].北京:电子工业出版社,2013.
[2]高耀东.ANSYS机械工程应用精华30例（第2版）[M].北
京:电子工业出版社,2009.
[3]展迪优.UGNX8.5机械设计教程[M].北京:机械工业出版
社,2013.
[4]北京兆迪科技有限公司.UGNX9.0工程图教程[M].北京:
中国水利水电出版社,2014.
[5]张波,王苏平,周磊.UGNX2基础教程[M].北京:清华大学
出版社,2005
[6]中国国家标准化管理委员会.眼镜阀:GBT24917-2010[S].
北京:中国标准出版社,2010.
阀门论文参考资料：
简而言之:本文论述了适合阀门和阀门设计和ANSYS论文写作的大学硕士及关于阀门本科毕业论文，相关阀门开题报告范文和学术职称论文参考文献。
