秦柳基于SolidWorks和Algor的阀门建模分析秦柳U2，申剑坤孙宏祥1 G川庆钻探工程有限公司安全环保质量监督检测研究院，广汉618300；2西南石油大学，成都610500）开阀体的开发设计与改进。如何开发设计出等强度的阀体、如何改进阀体的结构以减少阀体的应力集中现象，开发更为合理、经济的阀门，直都是讨论的话题。笔者是利用SolidWorks三维软件，分别建立平板阀的阀体、阀板、阀座等零部件，在SolidWorks中实现平板阀的虚拟装配工作，应用SolidWorks和Algor软件无缝集成，将阀门中的主要部件导入Algor软件中，进行有限元静力学分析，根据分析结果，找出应力集中的地方，提出基于理论分析的改进方案。

　　阀门是流体输送系统中的控制部件，具有导流、截流、调节、节流、防止倒流、分流或溢流卸压等功能10.油田上所用的采油（气）井口装置（如）、压井节流管汇（如）主要是由平行式闸阀构成，―般分为明杆带尾杆，明杆不带尾杆，暗杆阀3种类型。而笔者以PFF650明杆不带尾杆平板阀为例说明，明杆不带尾杆的阀门具有加工方便、现场安装占用空间小的优点。：2009 -h工程师，学士，研究方向为石油产品的>节流管汇造型功能，在机械设计和石油井控产品中的应用也比较广泛。但有限元分析功能不如Algor功能强大，Algor是新一代的CAE分析工具，具有良好的中文界面，在汽车、电子、航空航天、医学、军事、电力系统、石化、土木工程、微机电系统、日用品生产等诸多领域中均得到了广泛的应用，Algor具有完善的有限元分析功能，并能与所有CAD软件进行无缝连接，尽管Algor有定的三维建模功能，但对于复杂的机械系统，Algor的建模还是不及SolidWorks软件0，而目前笔者综合考虑SolidWorks和Algor的国人习惯，所以笔者选用SolidWorks和Algor软件来联合建模分析。SolidWorks拥有强大的实体和曲面染而成，建好的实体模型如。

　　从和我们可以看出，手动明杆不带尾杆平板阀按传统的方法，设计繁琐，而且设计开发周期长，不便于修改，人工和资源浪费大；将计算机辅助设计CAD（computeraideddesign）、计算机辅助工门的设计、生产与制造中，用CAD软件完成所有零件结构设计，对所设计的阀门进行实体仿真装配，进行动态干涉检查；再用CAE软件对零件进行各种复杂的有限元分析，优化设计参数，终完成产品设计。从而大大减少人力、物力和财力，缩短产品设计周期，明显降低强度校核的偏差0.国内外生产阀门的企业都引进了CAD、CAE技术，更有甚者引进了CAM（computeraidedmanufacturing）技术，将这些先进技术的运用于阀门生产加工中，将大大降低生产成本，提高企业竞争力。

　　传统设计流程国内有学者用PRO/E软件建模，ANSYS软件分析2，单ANSYS软件是全英文界面，不符合中国优缺点，在现有的技术水平基础上，有效地将三维建模软件SolidWorks和Algor有限元分析软件相结合，利用SolidWorks三维建模功能很强的特点实现阀门主件的三维实体模型建立，然后将模型导入Algor进行有限元分析，从而实现用计算机完成零件设计和分析。

　　现代CAD、CAE设计流程1实体模型的建立1.1用SolidWorks建立阀门的三维实体模型建模过程中应特别注意单位的设置，如长度、质量、时间时，要求单位必须一致。在SolidWorks中建立每一种零部件的单位都应设定为国际单位制“MKS”

　　同样在创建装配图时也要注意这个问题。在Algor中也要注意单位的设置，设置为国际单位制"SI“。

　　1.2平板阀轴侧装配图阀门一般由阀体、阀盖、阀板、阀座、阀杆、手轮、密封件等部件（如）组装而成，阀门轴侧装配图是应用SolidWorks中的装配功能生成的，并终呃手轮阔杆螺母阀盖2阀体的有限元分析2.1阀体模型的导入由于阀体结构为前后左右对称结构，依据模型简化理论，将阀体分割成1/2.通过Algor与Solid-Works软件的无缝接口，将阀体模型导入Algor中，Algor软件自动调用SolidWorks模块，从而实现了二者之间的无缝连接，真正做到了CAD，CAE的一体化。比较导入前、后的模型可见，模型没有发生扭曲、丢面、多面等现象，确保了信息的完整（如、），不需要进行曲面修补。

　　PFF系列一法兰式平行闸阀阀门构成图（明杆不带尾杆阀）装配好的阀门Algor中阀体的三维模型2.2设置单元类型并划分网格0划分网格后的阀体有限元模型1.3平板阀阀体模型平板阀阀体的建模有4个过程：绘制曲面草图。

　　设定该草图与中法兰及端面法兰草图的位置关系。

　　拉伸曲面。

　　钻孔。

　　建好的阀体实体模型如。

　　阀体的三维模型网格划分是建模中非常重要的个环节，网格划分的好坏将直接影响计算结果的准确性和计算精度，甚至会因为网格划分不合理而导致计算不收敛。根据该阀体的结构特点、载荷类型以及分析的需要，选择单元类型为块单元，网格划分尺寸应不大于阀体的小壁厚值，将划分比例设置为60，后采用自由网格划分的方法进行网格的划分，划分比例越低，网格越细。耗用内存越多，计算时间越长，划分结3设置材料属性抗拉强度。=586MPa；弹性模量206GPa，剪切弹性模量80GPa，泊松比0. 3，工作压力为70MPa，根据SY/T5127~2002井口装置和采油树规范7.5.9.3.3中规定8：组装装置应在制造厂运输前进行本体静水压试验。对于工作压力为70MPa阀门，应进行105MPa静水压试验。

　　在模型的对称截面上施加对称约束，同时在4个法兰端面上施加全约束，此处特别注意要施加对称约束，否则后分析结果会偏大2倍。

　　载荷特征为均匀内压，根据阀体的试验压力，在阀体的内表面施加载荷105MPa的静水压。施加约束和载荷后的结果（如1）。

　　载荷工况：节点位移4 105MPa下阀体节点位移云图载荷工况：2小值：0mm 5 70MPa阀体节点位移云图点选执行分析，由计算机自动完成求解运算。

　　2.6有限元分析的后处理与结果显示后处理的主要目的是检查分析结果，点选结果窗口，可以看到有变形后形状、数值、应力、应变4个选项，分析结果的检查，结果如2 ~7所示。

　　载荷工况2 105MPa变形后的阀体模型形状6 105MPa阀体节点的vonMises的应力云图载荷工况：2 1370MPa变形后的阀体模型形状rdcishing7 70lMPa阀体节点的丽Mises的应力云图-net 3结果分析由6可知，当强度试验压力为105MPa时，阀座与通径相交的地方出现大应力427MPa，表明平板阀的危险部位在内表面阀座与通径的相贯线相交处，相贯部位倒圆角，能有效地降低相贯部位的应力集中，从而提高平板阀的使用寿命，以后在实际制造过程中要加强镗床对阀座相交部分进行倒圆角处理，以减小应力集中。

　　从4看，阀体通径变形比较夸张，但通过计算实际大变形量仅为0.07mm，阀体的变形量是符合设计要求的，变形可忽略不计。同时再验证额定工作压力试验条件下（70MPa），从7可以看出，大应力为285MPa，5上看出大变形量为0.04mm，证明阀体材料的选取和阀体的设计参数都满足大工作载荷下的使用要求，阀体设计的安全性和可靠性得到了保证。

　　4结论通过实例阐述了利用三维建模软件SolidWorks以及有限元分析软件Algor的无缝连接，成功地对PFF650手动明杆不带尾杆平板阀进行了三维实体建模和阀体的有限元分析。简化了阀门设计过程，大大缩短了开发周期，提高了生产效率及设计的可靠性。