阀体局部减薄的分析方法
阀体局部减薄的分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及有限元分析方法，特别是涉及一种阀体局部减薄的分析方法。
【背景技术】
[0002]阀门在运行过程中，由于较大紊流的冲刷和传质作用，有可能在阀体结构复杂的敏感部位产生冲蚀或流动加速腐蚀，发生局部减薄。自20世纪80年代以来，核电厂不断有较严重的阀体减薄现象被发现，如美国核电厂16英寸截止阀阀体冲蚀和韩国核电厂16英寸主给水隔离阀阀体流动加速腐蚀等，均影响核电厂的安全运行。阀体一旦因局部减薄失效造成泄漏或破裂，就会造成高温高压介质外泄，不但影响机组运行还会危及设备和人身安全。因此，很多国家的核安全管理机构，如美国核管会(NRC)和韩国的核安全机构(KINS)都要求营运单位建立壁厚管理大纲并将阀体壁厚纳入管理体系中。
[0003]在阀体壁厚管理过程之中，一个重要环节就是要对监检测结果的评估，以确定阀体壁厚状态，评估阀体的可用性，从而确定后续的维修维护措施。尽管在段阀门设计阶段有较为成熟的标准及规范，如ASME-1I1-1-NB(1级部件)NB_3500阀门设计规定的计算方法，但其主要规定了阀门压力、温度、应力等的设计和分析方法，而对于阀体局部减薄缺陷的安全评定，尚无明确的法规及规范支持。由于阀门阀体结构比一般管件复杂得多，局部减薄的原因、部位和分布规律又复杂，大口径的阀门更具有较厚的阀体壁厚，因此一般管道、容器的建模及数值分析方法并不适用于阀体，也没有公开的阀门阀体减薄后的建模及数值分析方法。
[0004]因此，需要开发一种针对阀体壁厚局部减薄的有限元分析方法，用于对阀体的复杂结构进行有效分析，并通过对结果的后处理以图形形象化的显示阀体壁厚状态，以满足实际的阀体局部减薄分析和管理需求。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种阀体局部减薄的分析方法，用于解决现有技术中缺少针对阀门阀体局部减薄分析的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种阀体局部减薄的分析方法，阀体局部减薄的分析方法主要包括以下步骤:
[0007]I)对待分析的阀体进行超声测厚得出测试数据，根据所述测试数据将待分析的阀体上的局部减薄缺陷规则化、几何特征化，并且通过椭球体的一部分的形式将局部减薄缺陷包络住，获取所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，完成对局部减薄缺陷的表征；
[0008]2)对所述待分析的阀体进行结构、载荷简化，在3D软件中对待分析的阀体进行建模，创建阀体CAD模型；
[0009]3)根据步骤I)获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2)所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型；
[0010]4)将步骤3)构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中；
[0011]5)根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性；
[0012]6)在所述有限元软件中根据阀体的自身结构及几何特征对阀体模型进行分割，选择有限元软件中适合的有限元单元类型，对分割后的阀体模型划分网格，施加边界条件及载荷，完成有限元分析模型的建模；
[0013]7)在有限元软件中对步骤6)中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。
[0014]优选的，所述步骤I)中的测试数据具体指所测厚度值及与所测厚度值对应的所述待分析的阀体上的位置数据。
[0015]优选的，所述步骤I)中通过对所述待分析的阀体上的所测厚度值与设计值或初始生产出的阀体上的原始厚度值进行比较，以此完成对局部减薄缺陷的规则化、几何特征化。
[0016]优选的，所述步骤6)中根据阀体上的以下结构如法兰、加强筋、阀座、局部减薄区对阀体模型进行分割。
[0017]如上所述，本发明的阀体局部减薄的分析方法，具有以下有益效果:其可对阀体的复杂结构进行有效分析，并通过对结果的后处理以图形形象化的显示阀体应力状态，获取阀体局部减薄后续评价所需的各应力参数值，达到有效的分析。
【附图说明】
[0018]图1显示为本发明的对阀体局部减薄缺陷表征示意图。
[0019]图2显示为本发明的在3D软件创建阀体CAD模型示意图。
[0020]图3显示为本发明在有限元软件中完成网格划分及边界条件与载荷施加后的阀体局部减薄有限元模型。
[0021]图4显示为本发明最终形成的阀体局部减薄分析示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]I 待分析的阀体
[0024]2 椭球体
[0025]3 阀体减薄的区域
【具体实施方式】
[0026]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0027]请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0028]本发明提供一种阀体局部减薄的分析方法，阀体局部减薄的分析方法主要包括以下步骤:
[0029]I)对待检测的阀体I进行超 声测厚得出测试数据，测试数据具体指所测厚度值及与所测厚度值对应的所述待分析的阀体上的位置数据，根据所述测试数据将待分析的阀体上的局部减薄缺陷规则化、几何特征化，并且通过椭球体2 (或球体，球体为椭球体的特殊形式)的一部分的形式将局部减薄缺陷包络住，获取所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，完成对局部减薄缺陷的表征，见图1所示；在进行规则化时，需要对待分析的阀体上的所测厚度值与初始生产出的等壁厚阀体上的原始厚度值进行比较，两者求差得出相关数据，然后通过椭球体或球体的形式将该些数据表示出来；
[0030]2)对所述待分析的阀体进行结构、载荷简化，在3D软件中对待分析的阀体进行建模，创建阀体CAD模型；应重点关注阀体底部，在此基础上对阀门所受的载荷进行归类、简化；开展此工作应充分利用对称和反对称原理及圣维南原理以尽量简化阀门结构及载荷，提高后续建模及计算速度；
[0031]3)根据步骤I)获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2)所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，见图2所示，图中通过挖取与椭球体所重合的部分，形成的凹陷部分即为阀体减薄的区域3，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型；
[0032]4)将步骤3)构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中；
[0033]5)根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性；
[0034]6)在所述有限元软件中根据阀体的自身结构及几何特征对阀体模型进行分割，选择有限元软件中适合的有限元单元类型，对分割后的阀体模型划分网格，施加边界条件及载荷，完成有限元分析模型的建模，见图3所示；具体指:根据阀体上的以下结构如法兰、加强筋、阀座、局部减薄区等对阀体模型进行分割；
[0035]7)在有限元软件中对步骤6)中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，见图4所示，以图形形象化的显示阀体应力状态，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。
[0036]综上所述，本发明的阀体局部减薄的分析方法，其可对阀体的复杂结构进行有效分析，并通过对结果的后处理以图形形象化的显示阀体应力状态(步骤7体现)，获取阀体局部减薄后续评价所需的各应力参数值，达到有效的分析。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0037]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种阀体局部减薄的分析方法，其特征在于，阀体局部减薄的分析方法主要包括以下步骤: 1)对待检测的阀体进行超声测厚得出测试数据，根据所述测试数据将待分析的阀体上的局部减薄缺陷规则化、几何特征化，并且通过椭球体的一部分的形式将局部减薄缺陷包络住，获取所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，完成对局部减薄缺陷的表征； 2)对所述待分析的阀体进行结构、载荷简化，在3D软件中对待分析的阀体进行建模，创建阀体CAD模型； 3)根据步骤I)获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2)所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型； 4)将步骤3)构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中； 5)根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性； 6)在所述有限元软件中根据阀体的自身结构及几何特征对阀体模型进行分割，选择有限元软件中适合的有限元单元类型，对分割后的阀体模型划分网格，施加边界条件及载荷，完成有限元分析模型的建模； 7)在有限元软件中对步骤6)中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。2.根据权利要求1所述的阀体局部减薄的分析方法，其特征在于:所述步骤I)中的测试数据具体指所测厚度值及与所测厚度值对应的所述待分析的阀体上的位置数据。3.根据权利要求2所述的阀体局部减薄的分析方法，其特征在于:所述步骤I)中通过对所述待分析的阀体上的所测厚度值与设计值或初始生产出的阀体上的原始厚度值进行比较，以此完成对局部减薄缺陷的规则化、几何特征化。4.根据权利要求1所述的阀体局部减薄的分析方法，其特征在于:所述步骤6)中根据阀体上的法兰、加强筋、阀座、局部减薄区对阀体模型进行分割。
【专利摘要】本发明提供一种阀体局部减薄的分析方法，其主要包括以下步骤：1）完成对待分析的阀体的局部减薄缺陷的表征；2）创建阀体CAD模型；3）根据步骤1）获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2）所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型；4）将步骤3）构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中；5）根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性；6）完成有限元分析模型的建模；7）在有限元软件中对步骤6）中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。本发明可获取阀体局部减薄后续评价所需的各应力参数值，达到有效的分析。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104899395
【申请号】CN201510346949
【发明人】李锴, 边春华, 徐科, 张维, 郑会, 于涛, 佟占勇, 张晓源, 钟志民
【申请人】国核电站运行服务技术有限公司, 中核核电运行管理有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
【技术领域】
[0001]本发明涉及有限元分析方法，特别是涉及一种阀体局部减薄的分析方法。
【背景技术】
[0002]阀门在运行过程中，由于较大紊流的冲刷和传质作用，有可能在阀体结构复杂的敏感部位产生冲蚀或流动加速腐蚀，发生局部减薄。自20世纪80年代以来，核电厂不断有较严重的阀体减薄现象被发现，如美国核电厂16英寸截止阀阀体冲蚀和韩国核电厂16英寸主给水隔离阀阀体流动加速腐蚀等，均影响核电厂的安全运行。阀体一旦因局部减薄失效造成泄漏或破裂，就会造成高温高压介质外泄，不但影响机组运行还会危及设备和人身安全。因此，很多国家的核安全管理机构，如美国核管会(NRC)和韩国的核安全机构(KINS)都要求营运单位建立壁厚管理大纲并将阀体壁厚纳入管理体系中。
[0003]在阀体壁厚管理过程之中，一个重要环节就是要对监检测结果的评估，以确定阀体壁厚状态，评估阀体的可用性，从而确定后续的维修维护措施。尽管在段阀门设计阶段有较为成熟的标准及规范，如ASME-1I1-1-NB(1级部件)NB_3500阀门设计规定的计算方法，但其主要规定了阀门压力、温度、应力等的设计和分析方法，而对于阀体局部减薄缺陷的安全评定，尚无明确的法规及规范支持。由于阀门阀体结构比一般管件复杂得多，局部减薄的原因、部位和分布规律又复杂，大口径的阀门更具有较厚的阀体壁厚，因此一般管道、容器的建模及数值分析方法并不适用于阀体，也没有公开的阀门阀体减薄后的建模及数值分析方法。
[0004]因此，需要开发一种针对阀体壁厚局部减薄的有限元分析方法，用于对阀体的复杂结构进行有效分析，并通过对结果的后处理以图形形象化的显示阀体壁厚状态，以满足实际的阀体局部减薄分析和管理需求。
【发明内容】
[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种阀体局部减薄的分析方法，用于解决现有技术中缺少针对阀门阀体局部减薄分析的问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种阀体局部减薄的分析方法，阀体局部减薄的分析方法主要包括以下步骤:
[0007]I)对待分析的阀体进行超声测厚得出测试数据，根据所述测试数据将待分析的阀体上的局部减薄缺陷规则化、几何特征化，并且通过椭球体的一部分的形式将局部减薄缺陷包络住，获取所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，完成对局部减薄缺陷的表征；
[0008]2)对所述待分析的阀体进行结构、载荷简化，在3D软件中对待分析的阀体进行建模，创建阀体CAD模型；
[0009]3)根据步骤I)获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2)所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型；
[0010]4)将步骤3)构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中；
[0011]5)根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性；
[0012]6)在所述有限元软件中根据阀体的自身结构及几何特征对阀体模型进行分割，选择有限元软件中适合的有限元单元类型，对分割后的阀体模型划分网格，施加边界条件及载荷，完成有限元分析模型的建模；
[0013]7)在有限元软件中对步骤6)中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。
[0014]优选的，所述步骤I)中的测试数据具体指所测厚度值及与所测厚度值对应的所述待分析的阀体上的位置数据。
[0015]优选的，所述步骤I)中通过对所述待分析的阀体上的所测厚度值与设计值或初始生产出的阀体上的原始厚度值进行比较，以此完成对局部减薄缺陷的规则化、几何特征化。
[0016]优选的，所述步骤6)中根据阀体上的以下结构如法兰、加强筋、阀座、局部减薄区对阀体模型进行分割。
[0017]如上所述，本发明的阀体局部减薄的分析方法，具有以下有益效果:其可对阀体的复杂结构进行有效分析，并通过对结果的后处理以图形形象化的显示阀体应力状态，获取阀体局部减薄后续评价所需的各应力参数值，达到有效的分析。
【附图说明】
[0018]图1显示为本发明的对阀体局部减薄缺陷表征示意图。
[0019]图2显示为本发明的在3D软件创建阀体CAD模型示意图。
[0020]图3显示为本发明在有限元软件中完成网格划分及边界条件与载荷施加后的阀体局部减薄有限元模型。
[0021]图4显示为本发明最终形成的阀体局部减薄分析示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]I 待分析的阀体
[0024]2 椭球体
[0025]3 阀体减薄的区域
【具体实施方式】
[0026]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0027]请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0028]本发明提供一种阀体局部减薄的分析方法，阀体局部减薄的分析方法主要包括以下步骤:
[0029]I)对待检测的阀体I进行超 声测厚得出测试数据，测试数据具体指所测厚度值及与所测厚度值对应的所述待分析的阀体上的位置数据，根据所述测试数据将待分析的阀体上的局部减薄缺陷规则化、几何特征化，并且通过椭球体2 (或球体，球体为椭球体的特殊形式)的一部分的形式将局部减薄缺陷包络住，获取所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，完成对局部减薄缺陷的表征，见图1所示；在进行规则化时，需要对待分析的阀体上的所测厚度值与初始生产出的等壁厚阀体上的原始厚度值进行比较，两者求差得出相关数据，然后通过椭球体或球体的形式将该些数据表示出来；
[0030]2)对所述待分析的阀体进行结构、载荷简化，在3D软件中对待分析的阀体进行建模，创建阀体CAD模型；应重点关注阀体底部，在此基础上对阀门所受的载荷进行归类、简化；开展此工作应充分利用对称和反对称原理及圣维南原理以尽量简化阀门结构及载荷，提高后续建模及计算速度；
[0031]3)根据步骤I)获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2)所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，见图2所示，图中通过挖取与椭球体所重合的部分，形成的凹陷部分即为阀体减薄的区域3，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型；
[0032]4)将步骤3)构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中；
[0033]5)根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性；
[0034]6)在所述有限元软件中根据阀体的自身结构及几何特征对阀体模型进行分割，选择有限元软件中适合的有限元单元类型，对分割后的阀体模型划分网格，施加边界条件及载荷，完成有限元分析模型的建模，见图3所示；具体指:根据阀体上的以下结构如法兰、加强筋、阀座、局部减薄区等对阀体模型进行分割；
[0035]7)在有限元软件中对步骤6)中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，见图4所示，以图形形象化的显示阀体应力状态，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。
[0036]综上所述，本发明的阀体局部减薄的分析方法，其可对阀体的复杂结构进行有效分析，并通过对结果的后处理以图形形象化的显示阀体应力状态(步骤7体现)，获取阀体局部减薄后续评价所需的各应力参数值，达到有效的分析。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0037]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种阀体局部减薄的分析方法，其特征在于，阀体局部减薄的分析方法主要包括以下步骤: 1)对待检测的阀体进行超声测厚得出测试数据，根据所述测试数据将待分析的阀体上的局部减薄缺陷规则化、几何特征化，并且通过椭球体的一部分的形式将局部减薄缺陷包络住，获取所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，完成对局部减薄缺陷的表征； 2)对所述待分析的阀体进行结构、载荷简化，在3D软件中对待分析的阀体进行建模，创建阀体CAD模型； 3)根据步骤I)获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2)所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型； 4)将步骤3)构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中； 5)根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性； 6)在所述有限元软件中根据阀体的自身结构及几何特征对阀体模型进行分割，选择有限元软件中适合的有限元单元类型，对分割后的阀体模型划分网格，施加边界条件及载荷，完成有限元分析模型的建模； 7)在有限元软件中对步骤6)中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。2.根据权利要求1所述的阀体局部减薄的分析方法，其特征在于:所述步骤I)中的测试数据具体指所测厚度值及与所测厚度值对应的所述待分析的阀体上的位置数据。3.根据权利要求2所述的阀体局部减薄的分析方法，其特征在于:所述步骤I)中通过对所述待分析的阀体上的所测厚度值与设计值或初始生产出的阀体上的原始厚度值进行比较，以此完成对局部减薄缺陷的规则化、几何特征化。4.根据权利要求1所述的阀体局部减薄的分析方法，其特征在于:所述步骤6)中根据阀体上的法兰、加强筋、阀座、局部减薄区对阀体模型进行分割。
【专利摘要】本发明提供一种阀体局部减薄的分析方法，其主要包括以下步骤：1）完成对待分析的阀体的局部减薄缺陷的表征；2）创建阀体CAD模型；3）根据步骤1）获取的所述椭球体的长半径、短半径以及局部减薄缺陷所对应的占椭球体的比例，在步骤2）所创建的阀体CAD模型中构建所述局部减薄缺陷，并且另存为所使用的有限元软件支持的格式的模型；4）将步骤3）构建完成的模型导入所使用的有限元分析软件中；5）根据所述待分析的阀体的材料赋予模型材料属性；6）完成有限元分析模型的建模；7）在有限元软件中对步骤6）中完成的有限元分析模型进行计算，查看后处理结果，提取后续阀体局部减薄分析评价中所需要的应力参数。本发明可获取阀体局部减薄后续评价所需的各应力参数值，达到有效的分析。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104899395
【申请号】CN201510346949
【发明人】李锴, 边春华, 徐科, 张维, 郑会, 于涛, 佟占勇, 张晓源, 钟志民
【申请人】国核电站运行服务技术有限公司, 中核核电运行管理有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
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