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三維輔助有限元分析軟件已在液壓閥塊設(shè)計(jì)中普遍應(yīng)用，大幅度提高了閥塊設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)周期。但目前所使用的場(chǎng)合大多局限在閥塊孔道連通關(guān)系和裝配輔助交互設(shè)計(jì)上，與閥塊強(qiáng)度有關(guān)的孔道壁厚設(shè)計(jì)一般采用經(jīng)驗(yàn)值，必需進(jìn)一步在產(chǎn)品試驗(yàn)中加以驗(yàn)證。
船舶設(shè)備中使用的液壓閥塊作為液壓系統(tǒng)的核心零件，其集成化趨勢(shì)明顯，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，對(duì)可靠性要求一般都較高，并且閥塊設(shè)計(jì)制造周期因工程進(jìn)度因素大幅縮短，閥塊首件試制一次性通過(guò)產(chǎn)品鑒定非常重要。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的液壓閥塊，難以采用普通應(yīng)力公式進(jìn)行計(jì)算，三維軟件附帶的有限元分析工具包可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)閥塊進(jìn)行應(yīng)力分析，確保閥塊強(qiáng)度滿足使用要求，并可根據(jù)分析結(jié)果對(duì)閥塊進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。
本研究對(duì)三維設(shè)計(jì)軟件(UG＆ideas)的有限元分析工具包在船舶設(shè)備液壓閥塊強(qiáng)度校核中的應(yīng)用加以簡(jiǎn)單介紹。
目前在船舶設(shè)備閥塊設(shè)計(jì)時(shí)，其內(nèi)部交叉孔道的壁厚一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值控制在(3～5)ｍｍ左右，但對(duì)于大量應(yīng)用插裝閥的集成控制閥塊其內(nèi)部孔道直徑較大，以上壁厚強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了該閥塊的強(qiáng)度要求，而過(guò)大的壁厚又會(huì)造成材料的嚴(yán)重浪費(fèi)，設(shè)備超重等問(wèn)題。閥塊有限元分析可輔助設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)閥塊進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證強(qiáng)度的前提下使閥組輕量化，對(duì)于可靠性一般都要求較高、壓力交變的閥塊可適當(dāng)提高安全系數(shù)，確保閥塊可靠性,以下是在船舶設(shè)備某裝置液壓閥塊的有限元分析實(shí)例。
該閥塊為典型的二通插裝閥集成控制回路閥塊，圖為其中一種閥組及閥塊孔道圖，閥塊采用35#鋼鍛件，經(jīng)過(guò)探傷檢查無(wú)內(nèi)部缺陷，閥塊外形尺寸350ｍｍ×300ｍｍ×300ｍｍ，回路主要由DN32通徑插裝閥組成，工作壓力21Mpa。受設(shè)備安裝條件及控制回路復(fù)雜性的限制，該閥塊孔道關(guān)系極其復(fù)雜，因主體設(shè)備的可靠性要求高，在加工前對(duì)閥塊進(jìn)行強(qiáng)度校核和輕量化交互設(shè)計(jì)尤為重要。
該閥塊中各液壓閥安裝面的密封性及緊固螺釘拉應(yīng)力等均已在各類工程實(shí)踐中驗(yàn)證通過(guò)，閥塊的有限元分析重點(diǎn)為閥塊內(nèi)部主孔道應(yīng)力分析及強(qiáng)度復(fù)核，孔道交叉位置壁厚是校核的關(guān)鍵點(diǎn)，閥塊中大部分ＤＮ06通徑控制孔道對(duì)閥塊本體強(qiáng)度影響極小，除與主孔道有薄壁位置的工藝孔外，其他孔道可忽略不計(jì)。圖是該閥塊簡(jiǎn)化后的有限元分析模型，在該模型中刪除了對(duì)閥塊強(qiáng)度影響不大的工藝孔道、吊裝工藝孔和螺孔等，保留對(duì)閥塊強(qiáng)度有影響的部分工藝孔或螺釘孔，并對(duì)腔孔小特征進(jìn)行了適當(dāng)處理，圖是有限元分析模型及其分析結(jié)果示意圖。
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