1.3 蝶阀的蝶板和阀杆的约束方式

由于蝶板在蝶阀工作方式时是处于快速打开和快速关闭，在快速打开和快速关闭过程中，蝶板和阀杆所

图3三维计算网格图

受到的约束会有所不同，进而影响数值模拟过程中计算所得到的固有频率的大小，然而，在实际的工程项目中，需要的是在蝶阀处于标准工作状态下蝶板和阀杆的固有频率(蝶板与中心轴成180°即平行状态)，在三维模型时，蝶板和阀杆被建立为一个整体，因此在运

用ANSYS进行数值模拟计算的过程中，主要限制阀杆的上下移动和以其中心轴旋转蝶板这两个自由度，来实现对蝶板和阀杆的外在约束，从而得到标准工作状态下蝶板和阀杆的固有频率。

1.4 蝶阀蝶板和阀杆的固有频率和谐响应分析

运用ANSYS软件对计算模型进行数值模拟计算，得到的蝶板和阀杆的固有频率第1阶到第10阶的计算结果，其中前6阶的振型如图4图9所示。

图4 蝶板和阀杆结构第1阶振型

图5 蝶板和阀杆结构第2阶振型

蝶板和阀杆的弯曲变形分别会发生在轴向方向和径向方向，由图图4图9可知，蝶板和阀杆不仅在轴向方向上发生了弯曲变形，也在径向方向上发生弯曲变形。由图4和图5，我们可以清晰地看到，此时蝶板和

图6 蝶板和阀杆结构第3阶振型

图7 蝶板和阀杆结构第4阶振型

图8 蝶板和阀杆结构第5阶振型

图9 蝶板和阀杆结构第6阶振型

阀杆仅在轴向方向上发生弯曲变形，由表2知，其所对应的固有频率分布在1000一1300 Hz之间，而由图6和图7可知，蝶板阀杆仅在径向方向上发生弯曲变形，由表2可知，其固有频率分布在1300一1700 Hz之间，图8和图9可以看到，蝶板和阀杆不仅在轴向而且还在径向均发生了弯曲变形，即扭曲变形。此时的固有频率较大，结合此三种蝶板和阀杆的弯曲变形，不难发现，在径向方向上蝶板和阀杆的弯曲变形所对应的固有频率大于其在轴向方向上，且振动形式随着振动模态阶数越高，也变得越复杂，为了得到哪种变形在蝶板和阀杆的振动中占主导地位，对此蝶板和阀杆施加一个正弦变化的激励力。运用ANSYS模拟计算，在不同大小的激励力条件下，前六阶所对应的固有频率中，哪一阶固有频率使蝶板和阀杆消耗的能量较大。参考表2中计算结果，在此，激励力大小设置在0~2000Hz，子步数为10，利用ANSYS对蝶板进行谐响应分析。

表2 三偏心蝶板和阀杆的固有频率特性

通过ANSYS计算得出的结果如图10所示。

图10 三偏心蝶板和阀杆谐响应分析曲线图

由图10可知，蝶板和阀杆消耗的能量随激励力的大小在一定范围内增大，一定范围内减小，中间出现四次峰值，分别对应的激励力大小为300 Hz 1 100 Hz，1200 Hz和1700 Hz，且当施加激励力的频率大小为1200 Hz左右时，此时蝶板和阀杆的振幅达到最大为0.009 mm，结合上述可知，蝶板和阀杆在此激励力条件下发生了轴向弯曲变形，此时所对应的蝶板和阀杆振动模态处于第一阶和第二阶之间，因此可以得出轴向方向上的弯曲变形在蝶板和阀杆振动中占主导地位。