水輪機(jī)蝴蝶閥是一種流量控制裝置,蝶板是其重要零件,對(duì)流經(jīng)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(jìn)行截面拓?fù)鋬?yōu)化,并通過正交陣列和逐步回歸響應(yīng)面法建立壓力損失系數(shù)和最大應(yīng)力的替代模型。采用權(quán)衡方法,求得多目標(biāo)的最優(yōu)解。結(jié)果表明有限元拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)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(yīng)力為134.09 MPa。證明該設(shè)計(jì)是兼顧流動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)安全性的蝴蝶閥蝶板多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 

【文章來(lái)源】：浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào). 2020,32(03)

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【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?fù)鋬?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(wú)法刪除的元素,淺灰色區(qū)域表示可以在拓?fù)鋬?yōu)化中將其刪除。在各個(gè)方向上帶有箭頭的短線表示已知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析獲得的各種流體壓力。應(yīng)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?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的重量減少40%。圓圈D中淺灰色區(qū)域可以刪除,對(duì)整體配置影響不大。也就是說(shuō),蝶板的周邊可以做得很薄。

圖3顯示了拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果的重量減少40%。圓圈D中淺灰色區(qū)域可以刪除,對(duì)整體配置影響不大。也就是說(shuō),蝶板的周邊可以做得很薄。根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果,新模型(見圖4)。相應(yīng)的流場(chǎng)分析在相同的邊界條件下進(jìn)行應(yīng)力分析。標(biāo)記為“MX”的最大應(yīng)力為50.5 MPa,出現(xiàn)在拐角區(qū)域,這表明流動(dòng)的流體在前場(chǎng)相反的一半上產(chǎn)生更高的阻力。由于STS316的屈服應(yīng)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(jìn)行尺寸優(yōu)化。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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