基于UG与ANSYS的阀门设计

赵军杰 常俊平 孟宇 耿金莎

摘要：给出了以封闭式眼镜阀为例的阀门设计方法，在UG创建二维草图，通过拉伸特征命令建模，将UG导出的*.model文件导入ANSYS，根据眼镜阀的材料设置网格单元的类型、属性和尺寸，并依据工况施加约束和载荷进行求解，得出准确、直观的受力和变形云图，为设计者提供精确的数据。根据三维模型生成二维的工程图纸，便于工程技术人员更好地交流和沟通指导生产。

关键词：UG；ANSYS；封闭式眼镜阀；阀门设计

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2018）12-65-3

Valve Design Based on UG and ANSYS

ZHAO Junjie， CHANG Junping， MENG Yu， GENG Jinsha

（Shijiazhuang No.1 Valve Company， Ltd， Shijiazhuang Hebei 050222， China）

0引言

进入21世纪以来，个人计算机性能日新月异，计算机辅助设计在阀门设计中得到了广泛应用，从而减轻了设计人员的劳动强度，缩短了设计周期并提高了设计质量，实现了三维建模、模拟仿真及二维工程图纸的生成，并能进行高精度有限元静力学分析，生成受力、变形云图，直观准确地反应受力、变形情况，提供了一种阀门计算机辅助设计的方法，保证设计质量。

1计算机的辅助设计

当前计算机辅助设计软件众多，UG和ANSYS作为2款功能强大、能够在主流个人计算机上顺畅运行的软件，受到了工程技术人员的青睐，在阀门设计中也得到了广泛应用。

UG是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案[1]，可以为阀门设计提供数字化造型，可以快速方便地建立复杂的三维模型。ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件[2]，功能强大、操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元力学分析软件，ANSYS设有UG接口模块，通过接口模块可将UG复杂的三维模型数据导入ANSYS系统，进行有限元静力学分析。

2设计方案

2.1设计

2.1.1封闭式眼镜阀性能参数

封闭式眼镜阀是一种公称通径大、结构形状复杂的阀门，三维模型如图1所示，参数如表1所示。

封闭式眼镜阀作为煤气管道截断设备[3]，由盲板和透板以及阀门壳体组成，盲板和透板在阀门壳体内运动实现开启和关闭，阀门壳体分为主阀箱和副阀箱，二者通过方法兰连接。

2.1.2 UG建模

采用UG软件以主阀箱为例三维建模过程如下：

创建文件D：＼yanjingfa＼work＼zfx.prt用英文字母目录，单位mm。在UG的用户界面点建模按钮或者通过菜单应用[4]（N）→建模（B），进入建模环境，在坐标系中绘制方向拉伸特征的截面草图，点击命令“完成草图”，返回建模环境，选择下拉菜单插入（S）→设计特征（E）→拉伸（E）命令，输入拉伸特征的起始值和结束值，创建法兰、圆筒、面板和向工字钢等实体特征；同样的方法在坐标系中绘制方向拉伸特征的截面草图，返回建模环境，通过拉伸（E）命令，创建向工字钢实体特征；在方向拉伸（E）生成方法兰，完成主阀箱建模，如图2所示。

2.1.3 ANSYS静力学有限元分析

阀门工作时通过法兰连接固定在管道上，依据GB/T34917-2010《眼镜阀》，阀门壳体强度试验时，主阀箱内部承受介质压力为0.45 Mpa，必须对阀门主阀箱的强度进行力学计算校核。ANSYS静力学有限元分析可以生成应力云图和变形云图，为工程技术人员的设计提供直观、准确的数据。采用ANSYS有限元分析主阀箱的方法如下：

①首先将UG导出的D：＼yanjingfa＼ansys＼zfx.model文件，导入ANSYS。

②设置单元类型：ANSYS Main Menu/ Preprocessor/ Element Type/Add Edit Delete启动Library of Element Type添加Solid中10node 92[5]。

③设置材料单元属性，弹性模量Ex及泊松比PRXY：ANSYSMainMenu/Preprocessor/Materialprops/MaterialModels/ props/MaterialModels/Structural/Linerr/Elastic/Isotropic，打開窗口设Ex值为2.06E5， PRXY值为0.3。

④设定单元网格尺寸：ANSYS Main Menu/Preprocessor/ Meshing/Size Cntrls/Manual Size/Global/Size打开窗口设定SIZE Element edge length值为36。

⑤生成网格单元：ANSYS Main Menu/Preprocessor/ Meshing/Mesh/Volumes/Free打开窗口点Pick All，完成网格划分。

⑥施加固定约束：ANSYS Main Menu/Define Loads/Apply/Structural/Displacement/On Areas选择平面固定向约束；选定平面固定向约束；选择支腿底面固定向约束。

⑦施加压强载荷：ANSYS Main Menu/Define Loads / Pressure/ On Areas选择在阀门内腔表面和圆筒内表面，在弹出窗口设定VALUE Load PRES value值为0.45，施加压强载荷；盲板力：ANSYS Main Menu/Define Loads/ Pressure/ On Areas选择在阀门法兰端面，在弹出窗口设定VALUE Load PRES value值为1.694（盲板面积/法兰端面面积*0.45）。

⑧求解：ANSYS Main Menu/Solution/Solve/Current LS。

⑨查看結果：ANSYS Main Menu/General Postproc/Plot Results/Contour plot/Nodal Solu在弹出窗口Nodal Solution/ DOF Solution/。

Displacement vector显示变形云图，对称处理主阀箱变形云图如图3所示，在弹出窗口Solution/Stress/Von mises stress显示应力云图，对称处理主阀箱应力分布云图如图4所示。

由云图可以看出最大应力为118.184 MPa，最大变形为2.574 mm，满足设计要求，同样的方法可以设计副阀箱等部件和其他阀门。

3仿真

零部件设计完成后，在UG中将阀门的所有部件建立仿真装配[6]，模拟运转试验，通过设定壳体部件的显示属性，可以直观反映阀门内部零部件的装配关系，模拟运转检查各部件是否干涉，如图5所示，并可以通过部件的三维模型生成常规二维生产图纸。

4结束语

通过UG建模，导入ANSYS进行阀门静力学有限元分析，可以精确直观反应阀门的各部分受力和位移，为设计者提供相对常规、计算更精准的数据，作为阀门设计的一种验证方式，保证设计质量。通过UG三维模型生成二维的工程图纸，附上三维正等测半剖视图，准确地将所有设计信息表达清楚，便于工程技术人员更好地交流和沟通指导生产。

参考文献

[1]高耀东，宿福存，李震，等.ANSYS Workbench机械工程应用精华30例[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]高耀东.ANSYS机械工程应用精华30例（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2009.

[3]展迪优.UG NX 8.5机械设计教程[M].北京：机械工业出版社，2013.

[4]北京兆迪科技有限公司.UG NX 9.0工程图教程[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

[5]张波，王苏平，周磊.UG NX 2基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005

[6]中国国家标准化管理委员会.眼镜阀：GBT 24917-2010[S].北京：中国标准出版社，2010.