[发明专利]一种基于冲蚀磨损的阀体壁厚轻量化设计方法

权利要求书

1.一种基于冲蚀磨损的阀体壁厚轻量化设计方法，其特征在于，具体如下：

S1：根据待优化阀门的设计文件，通过三维建模软件构建阀门实体模型；根据所述阀门实体模型，抽取出阀门内部流道模型；通过网格划分软件，将所述阀门内部流道模型离散为内部流道网格模型；

S2：利用计算流体力学软件，根据待优化阀门的设计文件，在所述内部流道网格模型中，对流体入口面设置压力入口边界条件、对流体出口面设置压力出口边界条件、对阀门内壁面设置无滑移壁面边界条件，并对内部流道网格模型占据的全部空间赋予流体属性，得到赋值内部流道网格模型；

S3：在计算流体力学软件中，利用所述赋值内部流道网格模型，计算得到阀体内壁面的磨损速率；根据所述磨损速率，在所述阀门实体模型中划分若干磨损区域V_i和若干非磨损区域W_j，其中，1≤i≤n，1≤j≤m，n为磨损区域的总数，m为非磨损区域的总数；所有磨损区域和非磨损区域的体积总和与所述阀门实体模型的体积相同；

S4：通过网格划分软件，将所述阀门实体模型离散为阀门实体网格模型；

S5：利用静力学分析软件，在所述阀门实体网格模型中，将阀内流域内壁面的压力数据作为阀门实体内壁面的压力载荷，将与待优化阀门相连的管道下游端面设置为固定约束；将与待优化阀门相连的管道上游端面设置为位移约束，约束方向为上游管道轴向方向；随后计算得到待优化阀门的应力分布情况；

S6：对每一个非磨损区域W_j，根据所述应力分布情况得到该区域的最大应力值，随后将最大应力值划分为一次总体薄膜应力、一次弯曲应力、局部薄膜应力、二次应力和峰值应力；

定义

其中，α、β、γ、δ和η均为相关系数；P_m为一次总体薄膜应力强度，MPa；P_L为局部薄膜应力强度，MPa；P_b为一次弯曲应力强度，MPa；Q为二次应力强度，MPa；K为载荷组合系数；S_m为材料的设计应力强度，MPa；F为峰值应力强度，MPa；S_a为许用应力幅，MPa；

根据所述最大应力值，计算得到每一个非磨损区域W_j的相关系数α的值α₁；

S7：在约束条件下，以关键特征尺寸RW_j作为自变量，以阀体的最小质量作为优化目标进行结构优化，得到阀体最小质量时每个非磨损区域W_j的关键特征尺寸值RW_j’；

所述关键特征尺寸RW_j为每一个非磨损区域W_j的壁厚最小值，RW_j的初始值为阀门设计文件中的原始参数；所述约束条件为RW_j的变化范围为±10％和α＝β＝γ＝δ＝η≤α₁；

S8：根据得到的RW_j’值，对每个非磨损区域W_j依次进行去除壁厚处理和平滑处理，得到优化后的阀体三维实体模型。

2.根据权利要求1所述的一种基于冲蚀磨损的阀体壁厚轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，作为优选，当待优化阀门的结构相对其纵剖面几何对称时，所述阀门实体模型为完整的阀门模型或相对于阀门纵剖面的1/2阀门模型；当待优化阀门的结构相对其纵剖面几何不对称时，所述阀门实体模型为完整的阀门模型；所述阀门纵剖面为阀门进口面心点的连线与阀体中轴线所在的平面；作为优选，当所述阀门实体模型为完整的阀门模型时，阀门内部流道模型为阀门内壁面、流体入口面与流体出口面包围成的三维几何空间结构；当所述阀门实体模型为相对于阀门纵剖面的1/2阀门模型时，阀门内部流道模型为阀门内壁面、流体入口面、流体出口面与阀门纵剖面包围成的三维几何空间结构；所述阀门内壁面为阀门内部与流体的接触面；所述流体入口面为阀门内部流体流动空间与上游管道中流体流动空间的分隔面；所述流体出口面为套筒阀内部流体流动空间与下游管道中流体流动空间的分隔面。