淺析流體分析軟件ADINA在隔膜泵設計領域的應用

王連丹

摘 要：本文介紹了大型隔膜泵的工作原理與結構特點，著重闡述并分析了流體分析軟件ADINA在隔膜泵設計過程的應用，系統說明了此種軟件對于隔膜泵液力端關鍵件結構設計的作用、意義和影響。

關鍵詞：有限元；隔膜泵；強度分析

中圖分類號：TH323 文獻標識碼：A

隔膜泵是泵類中重要的一類產品，包括三缸單作用和雙缸雙作用兩大門類。以三缸單作用往復式活塞隔膜泵為例，該泵通過設置橡膠隔膜將壓力油與輸送的物料分隔開，使隔膜泵主要部件在清潔的油液中工作，保證了這些零部件的長期使用壽命。該泵的常備易損件僅為閥和橡膠隔膜，大大降低了運行和維護的成本。與此同時，采用合理的易損件裝配結構和適用的檢修工具，令檢修和更換操作便捷，從而提高了泵的連續運轉率，完全可以滿足客戶需求。隔膜泵具有高效節能、運行平穩可靠，以及自動化程度高等優點，已成為料漿輸送系統中理想的具有高連續運轉率的料漿輸送設備。且隔膜泵的維修十分方便，其主要構件一般不需要維修，檢修周期長，易損件的更換非常簡單，只需要一般工人就可以更換維護。一般僅需要更換閥件、密封件等。

1 ADINA軟件簡介

ADINA出現于1975年，在K. J. Bathe 博士的帶領下，其研究小組共同開發出ADINA有限元分析軟件。ADINA的名稱是Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis 的首字母縮寫。這表達了軟件開發者的最初目標，即ADINA除了求解線性問題外，還要具備分析非線性問題的強大功能——求解結構以及設計結構場之外的多場耦合問題。除了機械結構分析之外，ADINA-CFD 程序為可壓縮和不可壓縮的流體提供了世界一流的有限元和控制流量的解決能力，流體可包含自由表面和流體間以及流體與結構間的流動界面。程序運用一個任意拉格朗日歐拉（ ALE ）公式。

2 基于ADINA的隔膜泵動力端分析

隔膜泵動力端包括曲軸、連桿、活塞桿等關鍵部件，在動力端零部件的設計研發過程中，可采用有限元分析軟件ADINA對其進行分析計算，來實現關鍵件的強度校核和優化設計，從而達到結構改進和降低生產制造成本的目的。以隔膜泵動力端活塞桿為例，根據其實際受力情況在有限元分析軟件中對其進行載荷和邊界條件施加，可得到其邊界條件圖和應力分布云圖如圖1所示和圖2所示。

3 基于ADINA的隔膜泵液力端分析

隔膜泵液力端包括隔膜腔、隔膜室蓋、腔體及油缸、進出料閥箱等關鍵件，在隔膜泵液力端關鍵件進行設計的過程中，應將內腔流體流動狀態作為設計分析的重要依據。從而實現結構優化和改造。以隔膜泵液力端進出料閥箱為例，其流場特性分布如圖3所示和如圖4所示。

結論

隨著有限元分析軟件在工業領域應用的逐漸推廣，在大型隔膜泵設計的過程中，采用ADINA分析軟件對動力端和液力端的關鍵零部件進行分析并改進結構已經成為創新發展的必然趨勢，也為設備的升級改造提供了重要的理論指導依據。

參考文獻

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