ADINA助力郑州飞机装备有限责任公司开展多路阀阀芯流固热耦合研究

ADINA（Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis）软件是一款工业级多物理场仿真分析软仿，于1975年由K. J. Bathe博士推出最早版本，由美国ADINA R&D公司开发，总部位于美国马萨诸塞州Watertown。ADINA软件是一款功能强大的有限元分析仿真软件，帮助用户对各种复杂的工程问题进行精确的分析和模拟。

ADINA软件包含多个模块，每个模块都针对特定的分析需求进行设计。其中，ADINA CFD模块使用有限体积和有限元离散化对可压缩和不可压缩流体的流动进行建模；ADINA Thermal模块用于解决固体和结构中传热问题；ADINA-FSI模块设计用于分析流动与结构相互作用，能够考虑材料的高度非线性行为。此外，ADINA还提供了用户界面（AUI）模块，集成了模型前处理器和后处理器模块，使用户可以创建和编辑几何和有限元模型，并可视化计算结果。

多路阀可以同时控制多个液压执行机构工作,实现对压力和流量的双重控制，被广泛应用于工程机械中。多路阀的性能对工程机械整体性能有重要影响，是工程机械的核心元件。长期以来由于我国在多路阀自主开发方面起步晚，基础薄弱,研究多路阀相关技术问题有重要的现实意义。

近期，郑州飞机装备有限责任公司胡林华等人针对多路阀高压大流量,流道结构复杂,节流温升大,造成阀芯易卡滞的问题,采用流固热耦合分析方法对阀芯进行了仿真研究。采用ADINA软件分别建立了阀芯固体模型和阀芯区域流道的流体模型,设置了流固热耦合边界条件,流体计算应用了k-ε湍流模型。通过研究获得阀芯温度受影响区域在与油液接触处,远离油液的区域阀芯温度变化不大,阀芯上节流槽受油液温度影响最大,说明合理设计节流槽结构可降低温度效应对阀芯的影响,阀芯变形主要产生在回油区域,油液温度越高阀芯变形越大,阀芯卡死将产生于回油附近区域,同时随着油液温度的增加,阀芯变形加大,工作腔压力将上升，回油流速将下降。

研究人员采用 ADINA软件对阀芯流场进行流固热耦合分析，分别建立固体仿真模型和流体仿真模型，进行流固热耦合分析研究时流体模型要包含固体模型，模型的网格划分采用四面体网格，如图1所示.

图 1 网格划分

如图2所示，通过ADINA软件研究发现，油液温度对阀芯的影响主要集中在阀芯与油液接触区域，随着油液温度的升高阀芯受影响区域逐渐增大。

(a)

(b)

(c)

(d)

图2 各种进油压力、进油流速、进油温度时的温度分布情况：（a）进油压力 30 MPa,进油流速 0.5 m/s.进油温度 298 K时的温度分布情况；（b）进油压力 30 MPa,进油流速 0.5 m/s,进油温度 303 区 时的温度分布情况；（c）进油压力 30 MPa,进油流速 0.5 m/s,进油温度 308 飞 时的温度分布情况；（d）进油压力 30 MPa,进油流速 0.5 m/s,进油温度 313 K 时的温度分布情况

图3 不同进油温度影响下的工作腔压力和出油口流速影响：（a）不同进油温度影响下的工作腔压力；（b）不同进油温度影响下的出油口流速

参考文献：胡林华,孔备,张健等.多路阀阀芯流固热耦合研究[J].液压与气动,2020(11):87-92.

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