趙軍杰 ?？∑? 孟宇 耿金莎

摘要：給出了以封閉式眼鏡閥為例的閥門設(shè)計(jì)方法，在UG創(chuàng)建二維草圖，通過拉伸特征命令建模，將UG導(dǎo)出的*.model文件導(dǎo)入ANSYS，根據(jù)眼鏡閥的材料設(shè)置網(wǎng)格單元的類型、屬性和尺寸，并依據(jù)工況施加約束和載荷進(jìn)行求解，得出準(zhǔn)確、直觀的受力和變形云圖，為設(shè)計(jì)者提供精確的數(shù)據(jù)。根據(jù)三維模型生成二維的工程圖紙，便于工程技術(shù)人員更好地交流和溝通指導(dǎo)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：UG；ANSYS；封閉式眼鏡閥；閥門設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2018）12-65-3

Valve Design Based on UG and ANSYS

ZHAO Junjie， CHANG Junping， MENG Yu， GENG Jinsha

（Shijiazhuang No.1 Valve Company， Ltd， Shijiazhuang Hebei 050222， China）

0引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，個(gè)人計(jì)算機(jī)性能日新月異，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在閥門設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用，從而減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了設(shè)計(jì)周期并提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了三維建模、模擬仿真及二維工程圖紙的生成，并能進(jìn)行高精度有限元靜力學(xué)分析，生成受力、變形云圖，直觀準(zhǔn)確地反應(yīng)受力、變形情況，提供了一種閥門計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的方法，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)

當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件眾多，UG和ANSYS作為2款功能強(qiáng)大、能夠在主流個(gè)人計(jì)算機(jī)上順暢運(yùn)行的軟件，受到了工程技術(shù)人員的青睞，在閥門設(shè)計(jì)中也得到了廣泛應(yīng)用。

UG是Siemens PLM Software公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案[1]，可以為閥門設(shè)計(jì)提供數(shù)字化造型，可以快速方便地建立復(fù)雜的三維模型。ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）軟件[2]，功能強(qiáng)大、操作簡單方便，現(xiàn)在已成為國際最流行的有限元力學(xué)分析軟件，ANSYS設(shè)有UG接口模塊，通過接口模塊可將UG復(fù)雜的三維模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)，進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析。

2設(shè)計(jì)方案

2.1設(shè)計(jì)

2.1.1封閉式眼鏡閥性能參數(shù)

封閉式眼鏡閥是一種公稱通徑大、結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的閥門，三維模型如圖1所示，參數(shù)如表1所示。

封閉式眼鏡閥作為煤氣管道截?cái)嘣O(shè)備[3]，由盲板和透板以及閥門殼體組成，盲板和透板在閥門殼體內(nèi)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開啟和關(guān)閉，閥門殼體分為主閥箱和副閥箱，二者通過方法蘭連接。

2.1.2 UG建模

采用UG軟件以主閥箱為例三維建模過程如下：

創(chuàng)建文件D：＼yanjingfa＼work＼zfx.prt用英文字母目錄，單位mm。在UG的用戶界面點(diǎn)建模按鈕或者通過菜單應(yīng)用[4]（N）→建模（B），進(jìn)入建模環(huán)境，在坐標(biāo)系中繪制方向拉伸特征的截面草圖，點(diǎn)擊命令“完成草圖”，返回建模環(huán)境，選擇下拉菜單插入（S）→設(shè)計(jì)特征（E）→拉伸（E）命令，輸入拉伸特征的起始值和結(jié)束值，創(chuàng)建法蘭、圓筒、面板和向工字鋼等實(shí)體特征；同樣的方法在坐標(biāo)系中繪制方向拉伸特征的截面草圖，返回建模環(huán)境，通過拉伸（E）命令，創(chuàng)建向工字鋼實(shí)體特征；在方向拉伸（E）生成方法蘭，完成主閥箱建模，如圖2所示。

2.1.3 ANSYS靜力學(xué)有限元分析

閥門工作時(shí)通過法蘭連接固定在管道上，依據(jù)GB/T34917-2010《眼鏡閥》，閥門殼體強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，主閥箱內(nèi)部承受介質(zhì)壓力為0.45 Mpa，必須對(duì)閥門主閥箱的強(qiáng)度進(jìn)行力學(xué)計(jì)算校核。ANSYS靜力學(xué)有限元分析可以生成應(yīng)力云圖和變形云圖，為工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)提供直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。采用ANSYS有限元分析主閥箱的方法如下：

①首先將UG導(dǎo)出的D：＼yanjingfa＼ansys＼zfx.model文件，導(dǎo)入ANSYS。

②設(shè)置單元類型：ANSYS Main Menu/ Preprocessor/ Element Type/Add Edit Delete啟動(dòng)Library of Element Type添加Solid中10node 92[5]。

③設(shè)置材料單元屬性，彈性模量Ex及泊松比PRXY：ANSYSMainMenu/Preprocessor/Materialprops/MaterialModels/ props/MaterialModels/Structural/Linerr/Elastic/Isotropic，打開窗口設(shè)Ex值為2.06E5， PRXY值為0.3。

④設(shè)定單元網(wǎng)格尺寸：ANSYS Main Menu/Preprocessor/ Meshing/Size Cntrls/Manual Size/Global/Size打開窗口設(shè)定SIZE Element edge length值為36。

⑤生成網(wǎng)格單元：ANSYS Main Menu/Preprocessor/ Meshing/Mesh/Volumes/Free打開窗口點(diǎn)Pick All，完成網(wǎng)格劃分。

⑥施加固定約束：ANSYS Main Menu/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Areas選擇平面固定向約束；選定平面固定向約束；選擇支腿底面固定向約束。

⑦施加壓強(qiáng)載荷：ANSYS Main Menu/Define Loads / Pressure/ On Areas選擇在閥門內(nèi)腔表面和圓筒內(nèi)表面，在彈出窗口設(shè)定VALUE Load PRES value值為0.45，施加壓強(qiáng)載荷；盲板力：ANSYS Main Menu/Define Loads/ Pressure/ On Areas選擇在閥門法蘭端面，在彈出窗口設(shè)定VALUE Load PRES value值為1.694（盲板面積/法蘭端面面積*0.45）。

⑧求解：ANSYS Main Menu/Solution/Solve/Current LS。

⑨查看結(jié)果：ANSYS Main Menu/General Postproc/Plot Results/Contour plot/Nodal Solu在彈出窗口Nodal Solution/ DOF Solution/。

Displacement vector顯示變形云圖，對(duì)稱處理主閥箱變形云圖如圖3所示，在彈出窗口Solution/Stress/Von mises stress顯示應(yīng)力云圖，對(duì)稱處理主閥箱應(yīng)力分布云圖如圖4所示。

由云圖可以看出最大應(yīng)力為118.184 MPa，最大變形為2.574 mm，滿足設(shè)計(jì)要求，同樣的方法可以設(shè)計(jì)副閥箱等部件和其他閥門。

3仿真

零部件設(shè)計(jì)完成后，在UG中將閥門的所有部件建立仿真裝配[6]，模擬運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，通過設(shè)定殼體部件的顯示屬性，可以直觀反映閥門內(nèi)部零部件的裝配關(guān)系，模擬運(yùn)轉(zhuǎn)檢查各部件是否干涉，如圖5所示，并可以通過部件的三維模型生成常規(guī)二維生產(chǎn)圖紙。

4結(jié)束語

通過UG建模，導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行閥門靜力學(xué)有限元分析，可以精確直觀反應(yīng)閥門的各部分受力和位移，為設(shè)計(jì)者提供相對(duì)常規(guī)、計(jì)算更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，作為閥門設(shè)計(jì)的一種驗(yàn)證方式，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過UG三維模型生成二維的工程圖紙，附上三維正等測半剖視圖，準(zhǔn)確地將所有設(shè)計(jì)信息表達(dá)清楚，便于工程技術(shù)人員更好地交流和溝通指導(dǎo)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]高耀東，宿福存，李震，等.ANSYS Workbench機(jī)械工程應(yīng)用精華30例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2]高耀東.ANSYS機(jī)械工程應(yīng)用精華30例（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[3]展迪優(yōu).UG NX 8.5機(jī)械設(shè)計(jì)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[4]北京兆迪科技有限公司.UG NX 9.0工程圖教程[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[5]張波，王蘇平，周磊.UG NX 2基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005

[6]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).眼鏡閥：GBT 24917-2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.