东莞路灯车出租,   东莞平台车出租,   东莞升降平台车出租    ♊抓鱼要掐鳃,   捉蛇要攥头 ♊       耦合应力作用下球体应变的分析与计算,   球体结构参数化建模, 为了减小阀门在使用过程中球体与阀座密封面处的应变量，且减小球阀在启闭过程中球体与阀门内壁和阀座之间的摩擦力矩，降低对阀杆材料强度的要求，就与、需要讨论分析球体结构尺寸与它在实际工况下的总应变量与应变分量之间的关系，寻求球体在操作工况下应变量最小的结构尺寸。在阀门材料强度没有超出自身材料强度要求的前提下，总应变量与应变分量在球阀的实际操作中，会直接影响到阀门的密封性能，增加阀杆在操作过程中的转动力矩，容易造成阀门泄露，也可能使阀杆疲劳破坏。为使阀门在保证自身密封性能的前提下尽可能地降低它产生的摩擦力，本文借助于有限元分析软件下的目标驱动尺寸优化设计模块进行计算分析，可以得出在总应变与应变分量都最小的条件下的球体结构尺寸。在有限元分析软件里面进行直接目标驱动优化设计时，需要对球体结构尺寸在ANSYS14.5建模模块中参数化建模。球阀球体的结构尺寸主要由三个参数来确定，即球体直径、流道直径和球体与支撑板配合处的凸台高度。在建模时分别将球体直径（R0）、球体流道直径（R）和球体连接上下支撑板的凸台高度（H）三个参数设置为结构尺寸参数优化对象，建立球体参数化结构图。建模时对分析结果影响较小的圆角、倒角进行适当简化，并且为了在结构分析与稳态热分析时载荷便于加载，在球体表面绘制出密封面，密封面的添加不能对分析计算结果产生过大的影响，所以将密封圈的厚度设置为0.2mm，面积大小和球体与阀座配合时的密封面积一样。

      基于ANSYSWorkbench对球体结构尺寸进行最优化求解现今，无论何种类型的产品，产品的质量都关乎声誉、产品利润和企业发展，所以优化设计在产品的设计与开发中越来越受到重视，优化设计的方法手段也越来越多。在保证产品性能达到某些既定目标和满足特定的约束条件下，通过改变某些允许改变的设计变量，使得产品的性能、几何结构和其它指标达到最期望的目的，就是优化设计。从易用性和高效性来说，ANSYSWorkbench下的DesignExploration模块为我们提供了一套近乎完美的方案。在它里面建模时首先将需要改进的变量设置为可以改变的参数，然后设定好约束条件及设计目标，软件可以高度自动化的计算与分析出满足约束条件且达到设计目标的参数，并返回相关计算与分析结果图表。在最优化的计算与分析之前，系统会根据改变的参数个数及其变动区间随机产生大量的数据，而优化设计中的主要数据处理工作由DesignExploration下的优化处理器来完成，优化处理器会对这些数据依次进行计算分析。优化处理器会根据本次循坏提供的计算结果（尺寸变量、约束条件、状态变量和目标函数）与上一次循环计算所得的数据进行比较，比较之后确定这一次的循环目标函数是否达到了最小化的要求，或者说结果是否达到了最优化的目的。如果达到了最优化的目标，则迭代就会结束，退出优化循环圈，否则迭代就会进入到下一步的循环计算，直到整组数据全部计算完毕，得到优化结果。

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         本文基于ANSYSWorkbench下的目标驱动优化模块对球体的结构尺寸进行最优化设计。先在建模模块按照球体原设计尺寸进行参数化建模，接着对所建模型添加相应材料属性，并进行稳态热分析与静态结构分析，最后寻求在热力耦合场下球体应变最小的最优化结构尺寸，具体计算与分析过程。由于球体流道通径与管道口径和端法兰需要配合，所以在优化设计的参数设定时，球体流道通径不能与对应的尺寸有过大的偏差；在备用工况时球体与阀座之间需达到必须密封比压，因此为了确保球体结构与阀座的配合保证阀门密封，球体直径与原来设计尺寸的偏差也不能过大。在球体结构参数的设定时，球体的直径（R0）设定为199mm—201mm，球体流道通径（R）设定为159mm—161mm，球体凸台高度（H）设定为29mm—31mm。在设定最优化目标和约束条件时，将稳态热分析与结构分析所产生的最大总应变量和最大应变分量设置为最小化，使安全因子最大化。系统根据参数区间与变量个数随机产生100组离散数据，并对这些数据依次进行稳态热分析与静态结构分析，优化处理器根据计算与分析的结果循环比较，得到满足约束条件的最优化结果，并返回优化结构尺寸。

       

       优化结果检验实际工程中可能会需要多个优化目标，工程中需要的是产品的总体性能要更好，而不是某一项指标最好。产品的各项指标都趋向于最好，而不能让其中某项指标达到了最好却无视其他指标。例如一个部件，我们需要它具有较轻的质量，较高的强度，还要求在这个部件上加固的螺栓个数要最少，那我们就需要这三个优化目标要折衷与平衡。由前面热力耦合有限分析表明，球体的结构强度满足要求。因此在对球阀球体几何结构尺寸的优化设计时，主要的优化目标就是球体在热应力作用下的最大应变量与最大变形分量，其次为了考虑所有产品的安全问题，设定安全因子最大化。这样在优化分析时限制约束条件就有三个，其中前两个是我们主要追求的目标。优化处理模块会对系统所产生的数据逐一进行求解、比较分析，直到所有数据计算完毕，循环对比出满足最优化目标的球体结构尺寸。通过优化处理器的计算与分析，最后返回优化结果。由返回结果可以看出在同样的工况下，最大总应变与应变分量都相应的减小了。优化处理系统给出了三组优化数据，对于每个优化目标前面都用星号标注出了其优化程度。三组数据中，第一组数据中最大总应变只有0.84902mm，最大应变分量为0.014308mm；第二组数据中最大应变分量为0.85046mm，最大应变分量为0.014478mm；第三组数据中最大应变量为0.8578mm，最大应变分量为0.014503mm。再综合考虑安全因子的影响因素，最后球体结构的优化尺寸应该取第一组数据，即球体的直径（R0）应取199.73mm，球体流道的通径（R）应取160.56mm，球体凸台高度（H）应取30.854mm。 球体结构尺寸目标优化结果考虑到工件便于加工，在结构尺寸设计时往往会对其进行必要的修正，以便于计算与测量。由于直接优化设计所得到的尺寸略繁琐，不便于计算与加工，则对优化得到的球体结构尺寸数据进行必要的修正，球体直径（R0）取200mm，球体流道的通径（R）取160.5mm，球体凸台高度（H）取31mm。

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