关键词:阀门设计；虚拟现实技术；应用效果
前言：
随着当前虚拟现实技术的广泛应用，在阀门设计当中能够设计出更为精确的数据模型，其中包含有数据模拟仿真分析，能够在短时间内完成预选设计工作，然后再通过一些试验来证实方案的可行性，从而提升阀门产品的设计效率，尽量节约相应的设计成本，让其研究资金能够得以充分的应用，进而提升设计水平，同时也提升我国在阀门设计市场当中的竞争能力。
1、阀门设计当中数值模拟仿真实验
对于阀门设计工作而言， 其中仿真试验工作指的是通过数值模拟的方式来对设计方案进行验证，判断其性能高低。之后的方案分析、方案改进、方案评价、方案预先等工作都可以利用虚拟仿真技术来完成。不过在设计过程中需要注重三点，其一是真实性，仿真试验当中的工况都是虚拟的，因此为了保证所得出的数值准确，必须要求虚拟工况的真实性能够达到实际要求，而随着当前物理场耦合分析技术的进步，能够更好的解决问题。其二是人机交互性，人和分析目标之间产生的影响需要最为真实的反映，也就是人必须在虚拟工况当中。其三是有效性，仿真分析试验需要考虑现实当中可能出现各类状况，针对不同的工况都需要对仿真数值进行模拟，在已经得到的设计模型当中，得出最终的结论，从而对方案进行评选和改进，从而得出准确的数值。
2、仿真试验步骤
对于当前各类阀门产品而言，其整体结构比较类似，因此可以进行参数化建模。而对于部分形状结构类似，但是尺寸存在相应差异的产品而言，更加需要进行数据建模。从另外一方面分析，阀门设计当中存在着多样性的标准件和通用件，从而在三维造型软件当中进行开发同类零件的设计平台，进而提升设计质量和设计效率。而阀门设计完成之后，需要通过数值模拟的方式来建立设计模型，进而对验证阀门产品的性能，根据验证的结构来评选方案，并且对特定的造型方案进行改进，尽量减少试验的次数，节省研发成本。而对于仿真试验而言，阀门当中的强度和阀门的流动性都属于验证范畴之内，在阀门设计当中，按照理论计算保证阀门的几个关键部位都能符合强度的要求，对阀门工作当中的工况进行反应。另外，在传统的阀门流量设计当中，仅仅只能在产品制造完成后完成试验，其研发的成本也比较高。另外这种方式的研发周期比较长，相应的阀门规格也比较小，因此采用传统的方法能够完成仿真分析试验，一方面计算准确度比较低，并且设计成本也比较高。阀门设计人员可以对阀体结构和阀门流动性见分析，让设计方案更加具有准确性，进而更加具有针对性。
从整体的情况上分析，在阀门仿真试验过程当中，需要建立数值模型、实体造型、定义边界等工作，具体的步骤分为以下几点。其一是建立阀门模型，采用三维建模的方式对阀门实体造型进行设计，并且阀门产品结构的相似度比较高，完成参数化建模，而对于当前部分主流造型软件而言，已经能够完成集成阀门设计平台，进而提升阀门设计的效率和质量。其二是建立数值模型，将所有阀门模型都导入到市场当中，其中主流软件有CAE软件，其中三位实体造型软件所集成的CAE模块，从而建立数值分析模型。对于部分重要的阀门模型进行网格化区分，划分质量需要根据最终的数值模型来计算结果。为了保证最终结构的准确性，并且在不影响模拟数据结构的前提下缩短时间。其四，需要分析计算结果，最终的数值需要对分析结果进行模拟，并进行针对性的提取，以方便能够得到最终的设计模型，制定出针对性的方案。另外还需要考虑阀体上的应力分布，其他部分的应力可以不需要考虑[1]。
3、仿真分析试验在阀门设计中的应用
3.1应力模拟分析
阀门设计当中，其结构和工况都比较复杂，因此根据不同强度对结果进行计算，从而让不同工况之间存在较大的差距，进而反映出结构复杂性。在传统的强度理论当中，为了让阀门强度符合要求，容易导致阀门厚度的增加，因此使得阀门产品的设计成本增加，利用仿真分析试验能够有效的解决相应的问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆首先还需要建立阀门数值模型，采用CAE软件来模拟不同工序的承压状况，对压力和温度进行耦合模拟计算，进而得到阀体应力分布图，以此为一句来确定材料最小的屈服强度和抗拉强度，采用针对性的材料来对要求和性能进行规范，对安全系数进行考虑，从而判定阀门应力。
3.2流体模拟分析
阀门是一种通过流体的机械设计，其本身属于一种流动性比较强的阀门产品，在传统的阀门设计当中，流量特性设计一般都是在完成制造之后才开展试验的，往往会造成研发周期变长，研制成本提高的情况，而且在规格比较少的阀门当中比较适用。另外通过CAE软件可以增强流体边界的合理性，从而进行更加科学性的仿真试验。但是却无法对阀门流道内部的压力分布进行直观显示，并通过数据直观的显示其具体的分布，以此来作为依据来对流量系数进行计算，并且提高阀门流道设计的合理性[2]。
3.3振动模拟分析
对于阀门系统安装当中，阀门管道当中的各类工况都对阀门实际应用性能有着重要的影响。比如对于阀门固有频率和管道的固有频率而言，一旦触发都会出现共振情况，进而严重缩短了阀门使用寿命。从阀门产品的固有频率上分析，很难通过传统的方法来对频率进行测定，并且在阀门设计阶段能够通过对结构的改变来进行下一步调整。因此，在设计方案的时候，利用仿真试验来分析固有频率[3]。
4、仿真试验步骤
阀门结构本身具有很强的产品相似度，因此比较适合进行模块化和参数化的设计工作，相关的设计模式比较类似。另外对于阀门的设计而言，其中存在着比较多的标准件和通用件，因此在成组技术和建模技术的应用当中比较常见。对于阀门设计和开发而言，通过虚拟设计和仿真试验，一方面能够提升产品质量，另一方面还能降低生产成本[4]。
在具体的阀门试验当中，阀门本身的强度与密封面的性能息息相关，在测试当中都属于两个较为具体的范畴。另外对于阀体的应力和密封分布而言，在实际应用当中也需要根据经验来对公式进行校正。这种方式虽然具有较高的安全性，但是却很难满足阀门设计的要求。利用目前应有的手段，以上两种方式都很难准确的预测。另外利用仿真试验，设计人员可以因此在阀体和密封面上对结果进行精确的分布，让阀门设计更加具有针对性和准确性。
需要建立阀门模型，根据设计的目的来建立模型，并且进行相应的改动，在阀门全开时还需要注重其中的流量特性，以及流道内部的速度分布，对与目标无关的特征进行相应的省略或者简化。
需要对模型进行网格化的划分，在计算的过程中，对时间和精度有着较大的影响，在网格生成后时，一般网格越细，其计算的精确度就会越来越高，但其中需要的计算时间就会延长。因此需要通过降低分布密度的方式来缩短计算所需时间[5]。
5、结语：
从当前的阶段上分析，我国需要由制造大国逐步走向阀门研究开发的强国，而在这一过程当中，阀门产品设计和开发能力不足是最为主要的问题，而利用虚拟现实技术，特别是对于虚拟现实技术当中的模拟数值进行分析并推广，能够提升我国阀门产品设计说水平，并起到重要的推动效果。
参考文献：
[1]姜雪.校内半实物仿真工厂和3D虚拟现实生产实习仿真在化工认知实训中的探索与实践[J].广东化工,2018,45(17):227-228.
[2]赵宇宇.基于全景再现的远端虚拟船舶机舱监管系统开发[D].江苏:江苏科技大学,2017.
[3]周立新,汪永超,陈珂, 等.机械产品协同设计系统的开发与应用[J].机械,2005,32(1):45-48.
[4]李茂元.浅谈阀门设计中虚拟现实技术的应用分析[J].商品与质量,2017,(31):278.
[5]王刚.焦化厂粗苯工段三维虚拟仿真系统的研究与开发[D].湖北:武汉科技大学,2017.
论文作者:姜铭,郎宇锋,孙健
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年1月第2期
论文发表时间:2020/4/22
标签：阀门论文; 数值论文; 虚拟现实论文; 模型论文; 工况论文; 技术论文; 阀体论文; 《工程管理前沿》2020年1月第2期论文;