实例-安全阀有限元分析

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1、弹簧和控制装置-有限元分析学习目标有限元分析是仿真的重要功能模块，通过有限元分析可以解决很多问题：如在设计一个货架时，可以提前通过分析获得当前所设计货架的最大载重量（不会令货架变形）；在设计汽车大梁时，可以通过有限元分析判断当前设计的大梁有没有足够的强度等。当然上面所举的这两个例子，在现实制造的过程中都可以通过现场的压载试验或碰撞试验得到准确的检测值，但是当遇到类似于要判断一座大楼的抗震级数等问题时，再通过真实的实验检测就不太现实了。实际上，通过有限元分析不只可以取得一些很难通过试验获得的数据，而且可以提

2、前验证设计的合理性，在很大程度上提高产品性能，节约原料成本，进而缩短产品开发的周期。本章讲述在SolidWorksSimulation有限元分析软件中进行有限元分析的基本操作，包括基本流程、常用工具和获得分析结果等几个重要部分。此外，在讲解有限元分析的过程中，将讲解安全阀、离心调速器等装置的结构和基本运行原理。实例、安全阀有限元分析安全阀是一种常用的排泄容器内压力的阀门，当容器压力超过一定值时，阀门自动开启，排出一部分流体，令容器内压力降低，当压力降低到一定程度时，阀门自动关闭，以保持容器内的压力可以固定

3、在一定的范围内。安全阀按照单次的排放量，可以分为微启式安全阀和全启式安全阀。微启式安全阀阀瓣的开启高度为阀座内径的1/15～1/20，全启式安全阀阀瓣的开启高度为阀座内径的1/3～1/4。本实例所设计安全阀为全启式安全阀，如图1所示，其中需要使用有限元验证的是：在安全阀“整定压力”下弹簧的长度，以此来确定调整螺钉和固定螺钉的初始位置；分析在“排放压力”下本安全阀能否达到所设计的开启高度。图1安全阀剖视图和透视图主要流程由于本节的终极目的是得到弹簧的预紧力长度和验证本实例所设计安全阀的设计合理性，本节在进行

4、仿真之初，首先对整个模型进行了简化（理想化），以快速得到需要的分析数据，然后通过常用的有限元分析步骤——添加应用材料、设置夹具和外部载荷、进行分析来得到模型分析结果，如图2所示。图2安全阀有限元分析的基本操作流程此外，安全阀的整定压力通常为容器工作压力的1.05倍，安全阀开启后，阀瓣所受压力通常只有整定压力的0.3倍，这两个参数是下面在计算过程中需要用到的。实施步骤步骤1打开本文提供的素材文件“安全阀仿真用有限元模型1.SLDASM”，单击“常用”工具栏“选项”下拉菜单中的“插件”按钮，在打开的“插件”对

5、话框中选中前的复选框，单击“确定”按钮，启用Simulation插件。步骤2单击“Simulation”工具栏中的“新算例”按钮，打开“算例”选择属性管理器，设置算例“类型”为静态，单击“确定”按钮，创建一新的有限元算例，如图3所示。图3添加新算例操作步骤3右键单击“算例”树中的“零件”项，在弹出的快捷菜单中选择“应用材料到所有”菜单项，打开“材料”对话框，为所有零件选用“不锈钢（碳素体）”材料（此材料耐蒸汽等的腐蚀，也是制作弹簧的常用材料），如图4所示。图4应用材料操作步骤4右键单击“算例”树中的“夹具

6、”项，在弹出的快捷菜单中选择“固定几何体”菜单项，打开“夹具”属性管理器，选择装配体的上边的模型面为固定面，单击“确定”按钮将此面完全固定，如图5所示。图5固定几何体操作步骤5再次右击“夹具”项，在打开的快捷菜单中选择“高级夹具”菜单项，打开“夹具”属性管理器，选择“在圆柱面上”按钮，选择“受力面积仿真座”的圆柱面为只可切向运动的面，并选中“径向”按钮，单击“确定”按钮，令弹簧只能沿轴向压缩或伸长，如图6所示。图6添加高级夹具操作步骤6右键单击“算例”树中的“外部载荷”项，在弹出的快捷菜单中选择“压力”菜

7、单项，打开“压力”属性管理器，选择“受力面积仿真座”的底部面为受力面，设置压力大小为525000N/m2，单击“确定”按钮，为弹簧添加外部载荷，如图7所示。图7添加“压力”操作步骤7右键单击“算例”树中的“网格”项，在弹出的快捷菜单中选择“生成网格”菜单项，打开“网格”属性管理器，保持系统默认设置，单击“确定”按钮，经过软件自动计算为仿真模型添加网格，如图8所示。图8“生成网格”操作步骤8右键单击“算例”树顶部的“算例1”项，在弹出的快捷菜单中选择“运行”菜单项，系统自动开始对仿真模型进行有限元计算。计算

8、过程中系统会弹出“线性静态算例”提示对话框，单击“否”按钮继续（其原因详见下面提示），完成有限元计算，并默认显示有限元“应力”图解结果，如图9所示。图9运行有限元分析操作步骤9右键单击“算例”树底部“结果”文件夹中的“位移1”项，在弹出的快捷菜单中选择“显示”菜单项，在右侧视图中将图解显示模型的位移效果，如图10所示，其最顶部为模型的最大位移，也即是弹簧的压缩长度，为1.402e+001，即14.02mm，而弹簧的自然长度为1