3.2  仿真模型构建

对排气阀开启和关闭过程进行瞬态撞击受力情况分析，按照二维轴对称建模。导向杆撞击主阀芯最大速度为3.52 m/s，主阀芯撞击阀座最大速度为1.37 m/s。

导向杆撞击主阀芯二维模型见图6，导向杆撞击主阀芯网格见图7。导向杆撞击主阀芯边界条件见图8，导向杆撞击主阀芯载荷条件见图9。主阀芯撞击阀座二维模型见图10，主阀芯撞击阀座网格划分见图11。主阀芯撞击阀座边界条件见图12，主阀芯撞击阀座载荷条件见图13。

图6  导向杆撞击主阀芯二维模型

图7  导向杆撞击主阀芯网格

图8  导向杆撞击主阀芯边界条件

图9  导向杆撞击主阀芯载荷条件

图10  主阀芯撞击阀座二维模型

图11 主阀芯撞击阀座网格划分

图12 主阀芯撞击阀座边界条件

图13 主阀芯撞击阀座载荷条件

3.3  计算结果

导向杆与主阀芯撞击应力见图14。

图14  导向杆撞击主阀芯应力分析结果

由图14可知，最大应力为402.3 MPa，在导向杆的端部，低于F151材料的屈服强度。主阀芯最大Mises应力为229.3 MPa，位于端部撞击区域，低于材料的屈服强度。

主阀芯与阀座撞击应力见图15。

图15  主阀芯撞击阀座应力分析结果

由图15可知，最大应力为74.5 MPa，在阀座顶端，低于材料的屈服强度。密封圈最大应力为23.5 MPa，略低于材料的抗拉强度，但显著高于材料的屈服强度。

主阀芯撞击阀座应变计算结果见图16。

图16  主阀芯撞击阀座应变分析结果

由图16可知，密封圈的撞击部位进入屈服，产生压痕。

各撞击部位的最大撞击应力计算结果见表4。由表4可知，导向杆与主阀芯、主阀芯与阀座撞击时，撞击部位金属材料处最大撞击应力低于材料屈服强度，不会产生破坏。但密封圈显著进入屈服形成压痕，建议后续在阀门多次运动后注意观察密封圈状态，必要时进行相应处理。

表4  计算结果

4  结  论

本文基于AMESim和Abaqus软件对一种排气阀建立了动力学分析模型和有限元模型，求解了导向杆与主阀芯、主阀芯与阀座撞击时刻的最大撞击速度和撞击应力。这种数值分析方法可定量分析阀门开启、关闭过程中排气阀导向杆发生撞击时撞击部位的最大撞击应力，对于阀门导向结构的强度设计、试验预示等具有一定的指导意义。