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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明一种虑及深低温安全阀变形的阀芯回座冲击仿真方法属于阀门仿真领域，涉及一种虑及深低温安全阀变形的阀芯回座冲击仿真方法。该方法先基于显示动力学理论，结合低温导向副配合间隙建立深低温安全阀阀芯回座冲击模型。再根据深低温安全阀导向结构低温变形，构建导向间隙与阀芯极限倾斜角度模型。最后，以阀芯回座倾斜角度和回座速度为影响因素模拟低温阀芯倾斜姿态回座冲击过程，探究阀芯回座倾斜角度及回座速度对密封副接触压痕宽度与深度的影响规律。该方法实现了对导向副配合间隙约束下的阀芯极限倾斜角度的预测，仿真过程简单，可行性高，结合实际工况，为进一步研究深低温安全阀泄漏提供理论依据。

主权项：1.一种低温下虑及阀芯偏转的回座冲击仿真方法，其特征在于，该方法首先基于显示动力学理论，结合低温导向副配合间隙建立深低温安全阀阀芯回座冲击模型；其次，根据深低温安全阀导向结构低温变形，构建导向间隙与阀芯极限倾斜角度模型；最后，以阀芯回座倾斜角度和回座速度为影响因素模拟低温阀芯倾斜姿态回座冲击过程，探究阀芯回座倾斜角度及回座速度对密封副接触压痕宽度与深度的影响规律，为深低温安全阀结构优化提供依据；方法的具体步骤如下：步骤一、建立深低温安全阀阀芯回座冲击模型深低温安全阀阀芯回座冲击仿真模型采用三维实体建模；a求解显示动力学分析稳定时间极限在实际仿真分析中，显示动力学分析需提前预估深低温安全阀阀芯冲击密封座仿真过程一个时间段内稳定时间极限Δtstable，其通过以下公式进行求解：无阻尼情况下： 有阻尼情况下： 式中，ξ为最高阶频率对应的临界阻尼系数，Wmax为最高阶频率；根据上述公式得出：稳定时间极限Δtstable取决于阀芯冲击密封座时的最高阶频率Wmax；然而，系统最高阶频率与有限单元的最高阶频率存在密切的关系；在对其进行仿真分析时，利用经验公式计算稳定时间极限： 式中,Le表示单元网格在各个方向上单元的最小尺寸，Cd表示模型材料产生的波速；b回座冲击模型构建采用ABAQUS前处理模块，依据深低温工况下安全阀变形结果建立深低温安全阀三维实体模型，安全阀由壳体1、弹簧2、阀芯3、垫圈4、密封垫5与接管嘴6构成；其中，密封垫5安装在阀芯3的R型密封座中；阀芯3和垫圈4材料采用铝合金，接管嘴6结构材料为不锈钢；密封垫5材料为聚四氟乙烯，密封垫5与接管嘴6产生密封接触，确保安全阀密封性能；对安全阀各部件进行装配，划分网格，密封垫5和阀芯3采用C3D4单元；在ABAQUSExplicit中设置冲击时间、设置稳定时间极限，根据实际工况设定阀芯所受载荷及接触边界条件，采用初始预定义场设置阀芯和密封垫在回座与阀座接触时的速度为vms，同时法向接触属性为硬接触，同时不考虑冲击后阀芯3与密封垫5反弹，设定接管嘴6与安全阀壳体1为解析刚体，并固定其耦合节点全部自由度，简化阀芯倾斜回座过程；步骤二、构建阀芯极限倾斜角度预测模型依据常温设计的安全阀阀芯及接管嘴配合尺寸公差，求解获得常温工况下安全阀导向间隙合理区间，采用热-位移耦合分析方法解析低温工况下导向间隙变化状况，分析公差带内不同导向间隙的安全阀在低温工况下导向间隙变化情况；基于ABAQUS后处理功能模块，提取导向结构低温变形结果节点位移，求解五组不同导向间隙的安全阀在低温变形后的导向间隙值；以最大导向间隙的安全阀阀芯倾斜角度为例，分析阀芯偏斜回座时与导向结构几何关系；以阀芯密封座R形面端部相切面上中心点为坐标原点O建立XOY坐标系，以阀芯连接的密封垫底部中心为坐标原点O'构建X'O'Y'坐标系；深低温安全阀芯轴线的倾斜角度与导向结构的各参数间关联关系： 式中，a为接管嘴孔的直径尺寸，c为阀芯最大倾斜程度下阀芯端点与接管嘴内孔距离，e表示阀芯与接管嘴形成导向配合的长度；以同一导向间隙的最小值求解不同低温服役工况下的阀芯极限倾斜角度，根据建立的导向间隙与阀芯倾斜角度关系模型，获取不同导向间隙的安全阀在常低温工况下阀芯的极限偏转角度；步骤三、深低温安全阀密封副性能分析结合安全阀的低温位移变形，考虑整阀导向系统的变形，通过对低温服役工况下深低温安全阀导向结构变形分析，得到阀芯与接管嘴配合间隙变化；a不同阀芯回座倾斜角度仿真分析根据低温工况下配合间隙变化及阀芯偏转倾斜计算模型，分别对常低温工况下5组导向间隙配合的安全阀进行虑及阀芯倾斜的回座仿真模拟，对比常低温工况安全阀阀芯不同倾斜角度时对密封副形貌的影响；b不同阀芯回座速度仿真分析基于瞬态动力学仿真方法，采用低温工况下阀芯最大倾斜角度模型，根据阀芯动作实际工况，分别进行2.50～3.50ms阀芯回座冲击仿真模拟，探究常低温工况阀芯不同回座速度对密封副形貌造成的影响；最终，根据不同倾斜角度的阀芯回座仿真实验对比结果，得到阀芯不同倾斜角度对密封性能影响，为深低温安全阀结构优化提供依据。

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