水輪機蝴蝶閥是一種流量控制裝置,蝶板是其重要零件,對流經它的液流優(yōu)顯著影響。為了深入研究蝶板截面最優(yōu)形狀,采用有限元方法進行截面拓撲優(yōu)化,并通過正交陣列和逐步回歸響應面法建立壓力損失系數(shù)和最大應力的替代模型。采用權衡方法,求得多目標的最優(yōu)解。結果表明有限元拓撲優(yōu)化結果的重量減少40%,蝴蝶閥最小壓力損失系數(shù)為0.475 5,最大應力為134.09 MPa。證明該設計是兼顧流動特性和結構安全性的蝴蝶閥蝶板多目標優(yōu)化設計。 

【文章來源】：浙江水利水電學院學報. 2020,32(03)

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

蝶板截面主要形狀變量

圖2給出了蝴蝶閥蝶板截面的有限元模型,用于拓撲優(yōu)化。該模型的材料是STS316,其楊氏模量E=193 GPa、泊松比v=0.27。黑色區(qū)域表示無法刪除的元素,淺灰色區(qū)域表示可以在拓撲優(yōu)化中將其刪除。在各個方向上帶有箭頭的短線表示已知實驗數(shù)據(jù)分析獲得的各種流體壓力。應該注意的是,在閥門下游也有壓力,但是下游作用在蝶板表面上的壓力與上游表面上的壓力相比太小,因此可以忽略。圖3顯示了拓撲優(yōu)化結果的重量減少40%。圓圈D中淺灰色區(qū)域可以刪除,對整體配置影響不大。也就是說,蝶板的周邊可以做得很薄。

圖3顯示了拓撲優(yōu)化結果的重量減少40%。圓圈D中淺灰色區(qū)域可以刪除,對整體配置影響不大。也就是說,蝶板的周邊可以做得很薄。根據(jù)拓撲優(yōu)化的結果,新模型(見圖4)。相應的流場分析在相同的邊界條件下進行應力分析。標記為“MX”的最大應力為50.5 MPa,出現(xiàn)在拐角區(qū)域,這表明流動的流體在前場相反的一半上產生更高的阻力。由于STS316的屈服應力為205 MPa,因此該新模型的安全系數(shù)大于4.0(K1=1.577 9),表明可以引用此模型以作為原型,下一步將基于該原型進行尺寸優(yōu)化。

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3576380