【摘 要】
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旋转式激振阀是高频高压电液激振系统的关键元件,其动态特性的好坏直接影响整个激振系统的工作性能。本文采用数值仿真分析与实验相结合的方法对其内部复杂流场的动态特性进行了一系列研究。为了解旋转式激振阀的结构特性,通过流固热耦合仿真方法对旋转式激振阀启闭过程中的变形、应力、温度场进行模拟,探究了阀体与阀芯主要工作区域的变形、应力、温度场变化规律,最后针对旋转式激振阀工作过程中产生的变形与应力,采用优化方法
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旋转式激振阀是高频高压电液激振系统的关键元件,其动态特性的好坏直接影响整个激振系统的工作性能。本文采用数值仿真分析与实验相结合的方法对其内部复杂流场的动态特性进行了一系列研究。为了解旋转式激振阀的结构特性,通过流固热耦合仿真方法对旋转式激振阀启闭过程中的变形、应力、温度场进行模拟,探究了阀体与阀芯主要工作区域的变形、应力、温度场变化规律,最后针对旋转式激振阀工作过程中产生的变形与应力,采用优化方法减少阀的变形与应力,增强阀工作时的稳定性。主要研究工作与结论如下:采用ANSYS/Fluent软件的滑移网格方法模拟旋转式激振阀的通流过程,分析了标准工况下（进口压力15MPa,出口压力10MPa）进油与回油过程中,旋转式激振阀的速度矢量图与压力云图的变化情况,然后分析了进出口压差、阀芯旋转速度和工作介质对旋转式激振阀的输出流量与主要工作区域压力的动态特性的影响规律,并通过搭建的实验台,实测旋转式激振阀在标准工况下的流量和压力。实验情况下,最大流量为89.46L/min,最小流量为6.76L/min;在相同条件,仿真出口最大流量为96.42L/min,最小流量16.91L/min;实验时阀口压力最大为12.38MPa,仿真时阀口压力最大为12.87MPa。旋转式激振阀的仿真数据与实验数据趋势相似,证明了仿真方法的可行性。借助Workbench中流固耦合仿真模块对旋转式激振阀启闭过程中不同开度下阀体与阀芯主要工作区域的结构特性进行分析,探究了阀体与阀芯主要工作区域最大变形量和最大等效应力变化的规律。然后建立旋转式激振阀开启过程中流热固耦合模型,模拟阀体与阀芯主要工作区域的温度分布与变形情况,分析了开启过程中,阀体与阀芯的温度分布及结构特性的变化情况,进一步探究了进出口压差、进口油液温度对阀体与阀芯的温度场与变形的影响规律。在流固耦合分析的基础上,通过Workbench建立阀芯油槽的响应面法多目标优化模型。将优化后的旋转式激振阀再进行流场与流固耦合的强度分析,并与优化前的结果进行对比,结果显示,流量与压力的变化幅度不大,而最大变形量由1.2076μm降为1.0167μm,降低了15.81%;最大等效应力值从47.502MPa降低到43.755MPa,降低了7.89%,增强了旋转式激振阀的工作稳定性。该论文有图92幅,表5个,参考文献56篇。
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