(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211087251.9 (22)申请日 2022.09.07 (71)申请人 思达耐精密机电 （常熟） 有限公司 地址 215500 江苏省苏州市 常熟市东 南经 济开发区金门路 (72)发明人 张小青　朱思宇　黄见　柯岳龙　 彭正东　 (74)专利代理 机构 南京知识律师事务所 32 207 专利代理师 高玲玲 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评 估装置及方法 (57)摘要 一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评 估装置及方法， 对出油阀偶件构建三维数学模 型； 将三维数学模型导入有限元分析平台， 进行 模型几何前处理、 材料属性 分配、 接触对匹配、 网 格划分和约束添加； 根据出油阀偶件的工作条件 设置外载荷进行瞬态动力学计算； 通过计算结果 获取出油阀座面的瞬态受力分布情况； 基于出油 阀座面高循环次数工作， 建立出油阀座面疲劳失 效分析模型； 以瞬态动力学计算结果作为疲劳失 效分析的载荷条件， 计算出油阀座面疲劳安全系 数； 通过改变材料属性、 出油阀座面结构、 外载荷 条件得到出油阀座面的受力分布 规律。 本发明避 免反复试验和镜像分析， 成本低、 时间短， 操作方 便快捷， 为出油阀座面性能评估提供了良好方 案。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115374678 A 2022.11.22 CN 115374678 A 1.一种基于有限元仿真的出油阀座 面性能评估 装置， 其特 征在于： 包括以下几个模块： 构建模块， 用于构建出油阀偶件三维数 学模型； 导入设置模块， 用于将所述 三维数学模型导入到有限元分析平台进行计算 参数设置； 计算模块， 用于针对出油阀座 面实际边界条件设置 外载荷进行瞬态动力学计算； 分析模块， 用于通过瞬态动力学计算结果获取 出油阀座 面的瞬态受力分布情况； 疲劳寿命 模块， 用于建立出油阀座 面疲劳失效分析模型； 安全系数模块， 用于以瞬态受力分布结果作为疲劳失效分析模型的载荷条件， 获得疲 劳安全系数计算结果； 参数化模块， 用于通过改变出油阀座面和密封球材料属性、 出油阀座面结构、 外载荷条 件得到出油阀座 面的受力分布规 律。 2.根据权利要求1所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置， 其特征在 于： 所述导入设置模块包括： 几何前处 理单元， 用于对出油阀座 面和密封球相接触部位进行几何分区； 材料属性单元， 用于对出油阀座面和密封球进行材料属性分配， 包括密度、 弹性模量、 泊松比； 接触匹配单元， 用于设置接触对， 包括匹配出油阀座面和密封球的主面和从面、 设置摩 擦系数、 选择接触算法； 网格单元， 用于对出油阀座面和密封球划分二阶四面体十节点单元网格， 接触对区域 网格加密； 边界单元， 用于添加约束边界， 包括将柱塞 套安装面设定为固定约束。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性 能评估装置， 其特征 在于： 所述计算模块包括： 载荷单元， 设置外载荷为密封球落座速度、 出油阀腔内油压、 柱塞腔油压和出油阀弹簧 力； 分析设置单 元， 用于设置时间步长、 迭代时间， 选取求 解器； 收敛单元， 用于评判计算中力和位移的残差值均小于对应的收敛容差值时计算收敛。 4.根据权利要求3所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估装置， 其特征在 于： 所述疲劳寿命模块用于在所述瞬态动力学计算结果中添加 疲劳计算模块， 选择高周疲 劳寿命分析， 输入对应材料S ‑N曲线即材料疲劳强度性能曲线， 设置循环 次数、 材料表面处 理特性； 所述安全系数模块用于将所述瞬态动力学计算结果中的压应力最大值和最小值作 为疲劳分析的交变载荷输入条件， 计算出油阀座 面的疲劳安全系数。 5.根据权利要求1或4所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性 能评估装置， 其特征 在于： 所述分析模块包括： 冲击力参数， 用于获取 出油阀座 面冲击力分布情况； 接触应力参数， 用于获取 出油阀座 面接触应力分布情况； 压应力参数， 用于获取 出油阀座 面压应力分布情况； 接触带范围参数， 用于获取 出油阀座 面接触带宽度和密封 完整性情况； 所述参数化模块包括： 密封球材料密度， 用于改变密封球材料密度得到出油阀座面随密度变化的受力分布规权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115374678 A 2律； 出油阀座面角度， 用于改变出油阀座面角度得到出油阀座面 随角度变化的受力 分布规 律； 密封球落座速度， 用于改变密封球落座速度得到出油阀座面 随落座速度变化的受力 分 布规律。 6.一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估方法， 其特征在于： 所述方法包括以下 几个步骤： S1： 对出油阀偶件构建三维数 学模型； S2： 将所述三维数学模型导入有限元分析平台， 并进行模型几何前处理、 材料属性分 配、 接触对匹配、 网格划分和约束添加； S3： 根据所述出油阀偶件的工作条件设置对应的外载荷进行瞬态动力学计算； S4： 通过瞬态动力学计算结果获取 出油阀座 面的瞬态受力分布情况； S5： 基于出油阀座 面高循环次数工作， 建立出油阀座 面疲劳失效分析模型； S6： 以所述瞬态受力结果作为疲劳失效分析的载荷条件， 计算出油阀座面疲劳安全系 数； 若疲劳安全系数满足行业标准， 则结束评估， 若不满足， 则转 步骤七； S7： 通过分别改变材料属性、 出油阀座面结构、 外载荷条件得到出油阀座面的受力分布 规律， 并转步骤四。 7.根据权利要求6所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估方法， 其特征在 于： 步骤二中， 所述模型几何前 处理为对出油阀座面和密封球相接触部位进行几何分区； 所 述材料属性分配为对出油阀座面和密封球进行材料属性分配， 包括密度、 弹性模量、 泊松 比； 所述接触对匹配包括匹配出油阀座面和密封球的主面和从面、 设置摩 擦系数、 选择接触 算法； 所述网格划分为对出油阀座面和密封球划分二 阶四面体十节点单元网格， 接触对区 域网格加密； 所述约束添加为添加约束边界， 包括： 将柱塞 套安装面设定为固定约束。 8.根据权利要求1或7所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性 能评估方法， 其特征 在于： 步骤三中， 所述外载荷包括密封球落座速度、 出油阀腔 内油压、 柱塞腔油压和出油阀 弹簧力， 针对所述外载荷设置时间步长、 迭代 时间， 选取求解器， 计算中力和位移的残差值 均小于对应的收敛容差值时计算收敛； 步骤四中， 所述瞬态受力 分布情况包括出油阀座面 冲击力分布情况、 接触 应力分布情况、 压应力分布情况和接触带宽度分布情况。 9.根据权利要求8所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估方法， 其特征在 于： 步骤五中， 所述疲劳失效分析模型包括在所述步骤三中瞬态动力学计算结果中添加 疲 劳计算模块， 选择高周疲劳寿命分析， 输入对应材料S ‑N曲线即材料疲劳强度性能曲线， 设 置循环次数、 材料表面处理特性； 步骤 六中， 将所述步骤三中瞬态动力学计算结果中的压应 力最大值和最小值作为疲劳失效分析的交变载荷输入条件， 计算出油阀座面的疲劳安全系 数。 10.根据权利要求1或9所述的一种基于有限元仿真的出油阀座面性能评估方法， 其特 征在于： 步骤七中， 通过分别改变密封球材料密度、 出油阀座面角度、 密封球落座速度分析 出油阀座 面随外载变化的受力分布规 律。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115374678 A 3