大口径楔式闸阀结构设计与优化-机械工程专业论文.docx

A Master’s Thesis in Mechanical Engineering Design and optimization of the large diameter wedge gate valve structure gate valve structure Candidate: Wang Jiaquan Supervisor：Professor Wu Jie School of Mechanical Engineering Shenyang University June 25, 2015 独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 沈阳大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了 谢意。 签名： 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解沈阳大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论 文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 （必威体育官网网址的论文在解密后应遵循此规定） 签名： 导师签名： 日期： 摘 要 由于大口径闸阀具有流体阻力小、可靠性高、寿命长等优点，因而，被广泛应用于 矿山、冶金、石油等行业。大口径的阀体内腔较大，且其截面形状不规则，很难使用传 统的机械设计理论对其进行强度计算与设计，在结构设计上多采用经验公式进行计算和 设计。但是经验公式往往过于保守，这样就导致大口径楔式闸阀阀体过于笨重，材料利 用率低，且生产、安装、调试不便。有鉴于此，本课题采用先进的计算机辅助技术，对 大口径楔式闸阀进行设计与优化，使阀门整体更加合理。 首先，本文论述了本课题的研究意义，同时在查阅了大量相关文献的基础上对国内 外大口径阀门领域的发展状况、各类阀门的优缺点及目前工程上常用的分析方法做出介 绍。 其次，利用 Autodesk Inventor 三维设计软件对本课题的大口径楔式闸阀进行了三维 建模，特别是针对阀体的厚度、加强筋布置及闸板的厚度进行了参数化设计。对有限元 理论和分析过程进行了详细阐述，建立了大口径楔式闸阀有限元模型，同时利用大型有 限元分析软件 ANSYS Workbench 对其进行了有限元分析。 最后，针对阀体和闸板进行了有限元分析。以满足结构强度为出发点，以减轻阀门 装备重量为优化目标，对优化目标进行了约束分析，得出了最大等效应力与设计变量的 关系曲线图，有效地减小了阀门的重量，合理优化了阀体的厚度、加强筋的布置和闸板 厚度等设计参数。经过优化后，阀体最大等效应力降低了 4.39%，闸板最大等效应力降 低了 16.0%，使阀体与闸板的总体设计更加合理，同时有效降低了研发和生产成本，对 大口径阀门设计具有指导性意义。 关键词：大口径楔式闸阀，结构优化，有限元分析，ANSYS Workbench I Design and optimization of the large diameter wedge gate valve structure Abstract The large diameter valve which is widely used in mining, metallurgy, oil and other industries has a small fluid resistance, high reliability, long life and other advantages. Large diameter with larger body cavity, and irregular cross-sectional shape is difficult to use conventional mechanical design theory to calculate strength and design, empirical formula is always used to calculate and design on structural design. But the empirical formula is usually too conservative, thus, leading to a large weight of the large diameter wedge gate valve body, low utilization rate of material, and the inconve