Расчет сервоклапана мембранного типа в LSDYNA

Расчет сервоклапана мембранного типа проведен в связанной трехмерной постановке в пакете LSDYNA. Рабочим элементом сервоклапана является мембрана из гиперупругого материала, которая перекрывает определённую часть сечения канала в зависимости от положения прижима.

Механизм сервоклапана помещался в канале круглого сечения.

На входе в канал задавалась скорость газа.

Ввиду симметрии рассчитывался сектор 60 градусов.

Газодинамический расчет проведен методом ALE. В качестве среды был взят идеальный невязкий газ с начальными параметрами, соответствующими воздуху при нормальных условиях. Мембрана моделировалась оболочечными конечными элементами.

Поведение материала мембраны описывалось двухпараметрическим определяющим соотношением Муни-Ривлина с параметрами, полученными по результатам испытаний на растяжение стандартного образца.

Обмен нагрузками между несвязанными узлами газодинамической Эйлеровой и структурной Лагранжевой сеток осуществлялся путем задания контактного интерфейса на поверхности мембраны.

Прижим моделировался абсолютно жесткими оболочечными элементами. Система рычагов, управляющая прижимом, моделировалась балочными конечными элементами с линейно-упругим поведением материала.

Рычаги связывались кинематически между собой и прижимом.

Между мембраной и прижимом задавалось условие контакта без трения.

Структурная часть модели показана на рис. 1.

Расчет проводился в динамической постановке методом установления.

В данной постановке прижим поворачивался ступенчатым образом вокруг оси в заданные положения, в которых он фиксировался от перемещений и поворотов на относительно продолжительный промежуток времени, в течение которого устанавливалось близкое к стационарному течение газа и напряженно-деформированное состояние мембраны.
На рис. 2 показано расчетное поле скоростей потока при максимальном угле отклонения прижима. НДС мембраны для двух углов отклонения прижима показано на рис. 3.

В результате расчета была получена зависимость усилий в упоре рычага от угла поворота прижима. На рис. 4 показан пример расчетной зависимости усилия от времени.

Рис. 1. Сеточная модель сервоклапана

Рис. 2. Поле скоростей в канале

Рис. 3. НДС мембраны.

Рис. 4. Зависимость усилия в упоре от времени