利用APDL參數(shù)化編程的方法對V錐流量計的懸臂支撐進行了參數(shù)化建模,運用AN SYS中優(yōu)化模塊對流量計懸 臂支撐的尺寸進行了優(yōu)化,其結(jié)果表明優(yōu)化后懸臂支撐的受力情況得到了顯著的改善，同時使得V錐流量計尺寸更加合 理,并提高了材料的利用效率,實現(xiàn)了優(yōu)化的意義。

0.引言

V錐流量計是一種新興的管道流量測量裝置，與其他 的測量裝置（如文丘里管等傳統(tǒng)的測量裝置相比,具有 明顯的優(yōu)點:1)較強的自整流功能，對于流量計的前 直管段要求較短,可以在較小的空間內(nèi)進行安裝；2)抗污 染能力強，具有持久耐用的特點；3)由于量程比寬，即它 的線性度好,從而使其精度較高沐壓力損失小，4)可以降 低能耗;5)安裝維護費用后相對較低。但在實際的應(yīng)用 中，并沒有得到社會廣泛的認可，主要原因是V錐流量計 在使用過程中因流體的作用出現(xiàn)節(jié)流錐體出現(xiàn)偏斜、振 動甚至脫落等故障。由于V錐流量內(nèi)錐型節(jié)流裝置需要與 管道同軸安裝的特殊性，目前經(jīng)常使用的結(jié)構(gòu)形式是L型 的懸臂支撐,如圖1所示。節(jié)流錐體與管道不同軸會使測 量精度明顯降低,要求支撐具有足夠的剛度以確保節(jié)流錐 體的正確位置，尤其在使用的全過程中都要保持這種狀 態(tài),使流量計能夠穩(wěn)定工作。因此,對V錐流量計懸臂支撐 的尺寸進行優(yōu)化設(shè)計,是工程應(yīng)用中亟待解決的問題。

1 .V錐流量計模型的簡化處 理

如圖1所 示的V錐流量 計的剖面視 圖，從圖中可 以看出，分析 優(yōu)化的中重點是起到支撐作用的L型懸臂結(jié)構(gòu),所以外管 道可以在建模的過程中略去，去除掉與分析過程無關(guān)的 部分，目的是為了使整個分析優(yōu)化過程更加便捷、高效地 進行。

2.節(jié)流裝置的APDL參數(shù)化建模

如圖1,L型支撐結(jié)構(gòu)的位于錐體的前部,現(xiàn)在需要確 定的是L型懸臂支撐進行參數(shù)化建模，橫臂直徑d1二 10 mm,豎直臂內(nèi)徑d2=5 mm,豎直臂外徑d3=10 mm,長度 1=50 mm,豎直臂距離錐體尾部的距離%=65 mm。對相應(yīng)參數(shù)4、2、義、/以及x五個參數(shù)進行優(yōu)化。參數(shù)化模型如圖 2，其中等效直徑比/3=0.85,管道內(nèi)徑"=100 mm。

3 .V錐流量計流體仿真

在進行有限元分析之前，需要對流量計進行流體力 學(xué)仿真，進一步確定因流體作用在錐體上產(chǎn)生的壓力載 荷,在確定其載荷值后進行有限元分析。

利用FLUENT或CFX軟件進行流體力學(xué)仿真，可以得到如圖3所示的壓 力云圖，入口速度 為10 m/s，介質(zhì)為 空氣，湍流模型為 RNG模型。從圖3 中可以清楚地看到 流體在流經(jīng)錐體后 會的壓力變化情 況，同時在錐體尾 部下面的壓力值 大于上面的壓力 值，出現(xiàn)上下壓力 不等的情況。

4.有限元分析及 其變量的提取

在參數(shù)化模型 的基礎(chǔ)上，根據(jù)過 程需要進行設(shè)置 材料屬性、單元類 型和約束及其加 載。

V錐流量計內(nèi) 錐體及其懸臂支 撐的材料為 1Cr18Ni9Ti，具有 防銹、機械強度高 的特點，可給予內(nèi) 錐體足夠的支撐。單元類型選用Soild185,約束為支撐的 一段固定,載荷值為流體力學(xué)仿真中數(shù)值。

進行有限元分析得到相關(guān)的應(yīng)力云圖，如圖4。最大 應(yīng)力的位置為懸臂支撐與管道相連結(jié)出上，與實際故障 位置一致,進一步證明了該分析的結(jié)果是可以信的。

下面為進一步的優(yōu)化設(shè)計提取有限元分析中的最大 應(yīng)力Smax和最大位移量Umax作為優(yōu)化分析時的狀態(tài)變量， 提取SMAX和UMAX使用的命令如下：

/POST1 !后處理

ALLSEL !選擇所有節(jié)點

NSORT,S,EQV,0,0,ALL !將應(yīng)力排序

*GET,SMAX, SORT，, MAX !將最大應(yīng)力存在Smax中

NSORT,S,SUM,0,0,ALL !將位移量排序

*GET, UMAX, SORT, 0, MAX !將最大位移量存在Umax中

FINISH

5.優(yōu)化分析

用上述參數(shù)對改進L型懸臂的支撐的尺寸，重新進行 有限元分析,得到的新的有限元分析結(jié)果，與優(yōu)化前相比 較而言，改進以后的懸臂上的應(yīng)力分布較改進前有很大 的改善，同時受力情況也得到了提高,說明此次優(yōu)化取得 了較理想的結(jié)果。

6.結(jié)語

通過利用APDL參數(shù)化建模的方式對V錐流量計L型 懸臂的尺寸進行了優(yōu)化分析，從優(yōu)化后的應(yīng)力云圖驗證 了優(yōu)化的最終效果是較為理想且可信的，說明了該優(yōu)化 結(jié)果可以有效地改善懸臂支撐結(jié)構(gòu)的受力情況，減少故 障發(fā)生的概率并且提高材料的使用率。