[发明专利]一种基于有限元分析的阀门密封圈的优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元分析的阀门密封圈的优化设计方法，方法包括：1)、在SpaceClaim软件中建立阀门的三维实体模型，对其中密封圈尺寸进行参数化建模；2)、将阀门的三维实体模型以及密封圈模型导入软件中进行有限元网格划分；3)、在软件中设置材料属性、接触类型及边界条件；4)、针对密封圈的每一种材质，在ANSYS Workbench软件进行静力学计算；5)、利用响应曲面优化分析方法，对密封圈的几何形状进行参数化求解，得到不同参数状态下的密封状态；6)、根据参数化分析的结果，修改原始模型的不合理与薄弱环节，完成阀门密封圈优化设计。应用本发明实施例，可以提高密封圈的设计效率。

技术领域

本发明涉及一种密封圈优化方法及装置，更具体涉及一种基于有限元分析的阀门密封圈的优化设计方法。

背景技术

密封技术的发展始终与工业技术相适应，在石油、化工、矿山、航空航天等工业领域中发挥着重要的作用。工业机械设备中发生的介质泄露，轻则会导致环境污染，重则会危害到人身安全，所以密封性能的好坏是评价机械质量的重要因素。

由于密封涉及到很多学科，例如材料力学、传热学、工程热力学、理论力学等。密封的应用很广，大约百分之九十的机械上都有密封结构，它为工业上机械设备的高效安全运行提供了重要保障。现代密封技术的发展方向为低泄露、长寿命、低损坏和高可靠性，对密封技术的深入研究，不但可以在一定程度上提高机械设备的工作效率以及节能减排效果，而且可以为民用工业、航空发动机等高科技领域提供可靠的密封元件。因此，密封圈是否有良好的密封效果很大程度取决于密封圈的尺寸、沟槽尺寸及安装条件之间的匹配是否能够形成合理的密封圈压缩量和拉伸量。若密封圈压缩量过小，就会引起泄露，压缩量过大，则会导致密封圈应力松弛而引起泄露。目前密封圈设计设计方法大多采用实验测试法，该方法需要加工物理样件，周期长成本高，不利于方案的修改，同时造成了不必要的材料浪费，因此，现有技术中存在密封圈设计效率较低的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种基于有限元分析的阀门密封圈的优化设计方法，以解决现有技术中存在的密封圈设计效率较低的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明实施例提供了一种基于有限元分析的阀门密封圈的优化设计方法，所述方法包括：

1)、在SpaceClaim软件中建立阀门的三维实体模型，对其中密封圈尺寸进行参数化建模；

2)、将所述阀门的三维实体模型以及所述密封圈模型导入ANSYSWorkbench软件中进行有限元网格划分；

3)、在ANSYS Workbench软件中设置材料属性、接触类型及边界条件；

4)、针对密封圈的每一种材质，在ANSYS Workbench软件进行静力学计算，求解得到阀体整体的等效应力与变形情况；

5)、利用响应曲面优化分析方法，对密封圈的几何形状进行参数化求解，得到不同参数状态下的密封状态；

6)、根据参数化分析的结果，修改原始模型的不合理与薄弱环节，并返回执行步骤1)，直至完成阀门密封圈优化设计。

可选的，在步骤2)之前，所述方法还包括：

对所述阀门的三维实体模型进行简化处理，所述简化处理包括：删除所述阀门的三维实体模型中倒角尺寸小于第一预设阈值的倒角、尺寸小于第二预设阈值的圆角、螺钉孔、螺栓孔。

可选的，所述阀门的三维实体模型采用保留中间节点的四面体单元，并对所述阀门与密封圈的接触部位进行网格细化；

所述密封圈采用扫掠方法进行网格划分，所述密封圈采用六面体单元进行模拟。

本发明相比现有技术具有以下优点：