超(超)临界电动高加三通阀阀体强度应力分析(2)
4、阀体有限元分析的后处理
确定约束和受载后，就可对模型进行解算以求得该工况下的力学解。通过ANSYS 有限元计算，根据第四强度理论―最大变形能理论，将阀体等效应力分布云图作为结算参量在后处理中加以显示和输出，结果如图4 所示。
(a) 阀体内壁等效应力分布云图;(b) 阀体最大等效应力局部放大;(c) 阀体外壁等效应力
图4 阀体等效应力分布云图
5、评价与评定
JB 4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》要求对部分应力做详细的计算，按照应力产生的原因、分布和对失效的作用将应力分类为一次应力、二次应力和峰值应力，分别与给定的应力强度进行比较，设计合格的要求是实际应力强度不超各自许用值。应力强度的评定方法分为点处理法和线处理法，对于复杂的非轴对称的三维结构，可将线处理法推广为面处理法。本次操作选用线处理法，即按选择的危险截面把各应力分量沿一条应力处理线进行均匀化和当量线性化处理。
在整个评定过程中，第一步根据表面的应力分布找到最大应力找出最大应力差的点，然后经过此点划出可能产生最大应力的评定线( 定义路径) ，然后将评定线上的应力分量分解为薄膜应力、弯曲应力和峰值应力，再求取应力强度( 最大主应力和最小主应力的代数差值) ，按照相关的标准的进行评定，如表1 所示，表中Sm是给定材料的许用应力强度。
表1 各类应力强度的限制
(1) 对S1的限制条件
在总体范围内均存在的一次薄膜应力S1，不会由于结构屈服而引起载荷的再分布，只要一点屈服，就会导致显著地总体变形，因此约束条件比较苛刻，将一次薄膜应力限制于基本许用应力强度:S1 ≤ Sm
(2) 对S2的限制条件
当阀体表面应力达到屈服强度后，一次弯曲应力沿壁厚的分布将重新开始调整，材料可以继续承载，将一次薄膜加弯曲应力即为S2，限制于
1.5 倍基本许用应力强度:S2 ≤1.5Sm
(3) 对S3的限制条件
二次应力是阀体在受载时变形协调产生的，在一次应力强度保证的前提下，二次应力即使达到极限值也能保证安全，单纯的二次应力不会引起阀体结构失效，不会影响结构的承载能力，将一次应力加二次应力即为S3，限制于3 倍基本许用应力强度:S3 ≤3Sm
从应力图中可以看出，在阀体入口端与阀腔连接处上端过渡处存在最大应力，经过此点选取穿过壁厚的应力评定线。阀体材料的许用应力值为183MPa。按照图5 选取的应力评定线进行应力强度评定，通过ANSYS 计算各类型应力值，绘制应力评定线上的应力曲线，如图6 所示，应力强度评定结果见表2。
图5 选取的应力评定线
图6 应力曲线
表2 应力强度评定结果
在阀体内壁上入口端与阀腔连接处上端过渡处出现最大应力的原因是阀体在此过度边缘处存在边角，发生结构突变，造成应力集中。根据应力分类原则判断，该处属于峰值应力作用范畴。
6、结语
通过对阀体强度进行有限元分析以及对阀体的一次薄膜应力、一次薄膜加弯曲应力，一次加二次应力强度的校核可以得出阀门正常工作条件下的实际应力值小于许用应力值，若考虑倒角等因素，实际应力值还会下降，强度满足相应要求。应用有限元的分析方法，研究结构薄弱环节，找出危险区域和部位，提出相应的改进方案，可为实验和生产提供可靠的理论依据。
