减压阀动态特性的数值模拟及故障分析

第２８卷第６期　２０１５年１２月　Ｖｏ１．２８　Ｎｏ．６　ＤｅＣ．２Ｏｌ５　减压阀动态特性的数值模拟及故障分析　刘　君，董海波，徐春光　（大连理工大学航空航天学院，辽宁大连１１６０２４）　摘要：采用ＡＮＳＹＳ有限元软件计算得到减压阀膜片的反力时程曲线和运动部件的动态特性，在此基础上将结构　ｋ算法计算。流体控制方程为三维非定常积分形式　振简化为两个单自由度质量弹簧阻尼动力学模型，采用Ｎｅｗｍａｒ叶　的ＡＬＥ（Ａｒ眦　ｂｉｔｒａｒｙ　Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ　Ｅｕｌｅｒｉａｎ）方程，采用基于弹簧近似的动网格有限体积格式求解，应用了新的离散几　动　何守恒律和高精度界面算法；同时采用虚拟网格通气技术实现阀门部件运动过程所引起的拓扑变化。计算表明，　工　在较宽的上游增压速率范围内减压阀出口压力存在振荡，均值接近按照静态性能设计的理论值。通过对计算流场　Ｖ　进行分析，确定了造成两种开启故障的主要机理，修改模型参数可以排除异常。　程　关键词：流固耦合；减压阀；非结构动网格；压力振荡；动态特性　中图分类号：０３５４；Ｖ４３５　．１　学　文献标志码：Ａ　文章编号：１００４～４５２３（２０１５）０６　０９９０—０８　Ｄ０Ｉ：１Ｏ．１６３８５／ｉ．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ．１００４—４５２３．２０１５．０６．０１８　擐一　ｇ　形成的激波导致了气动载荷剧烈变化，这是美国　Ｓｔｅｎｎｅｓ航天中心（ＳＳＣ）在火箭发动机试车过程中　１　概　述　减压阀通过其内部构件调节管路系统的流量和　稳压阀出现故障的主要原因。文献［９一ｌ０］进行固体　火箭发动机调压阀的数值模拟时也发现存在马赫数　压力，使上游的高压气体在下游出口处维持相对稳　定的低压。传统设计流程中主要考虑静态性能，目　前已有比较成熟的计算方法能够预测减压阀稳定工　作状态下的出口压力和流量特性＿１　］。由于分析手　高达４的局部区域。由于流场内存在激波，常用的　商业软件中ＳＩＭＰＬＥ或ＰＩＳＯ等基于不可压缩流动　建立的算法不再适用，需要在弱解理论指导下发展　能够捕捉激波的新方法。除此之外，阀门内部复杂　结构网格生成、启闭引起的空间拓扑变化、描述运动　部件的网格技术、流固耦合的界面算法、计算结果的　验证等问题也是数值模拟应用于阀门动态性能分析　遇到的挑战。　段有限，通常情况下只能依靠样品实验方法进行动　态特性研究，由于阀门内部结构复杂、体积小，很难　进行数据测量工作，动态试验往往只能给出总体性　能是否满足设计指标的定性结论＿３］。　近年来有许多学者采用数值仿真手段开展阀门　研究，根据前期调研情况看，对液体阀门管路系统中　图１是一种膜片式减压阀的结构示意图。低压　腔与出口管路相连接，其下方密封膜片盒内的主弹　簧Ｋ１使膜片Ｋ２向上变形，推动阀芯Ｍ０２向上运　动，在阀芯和阀口（下限位Ｋ５）之问形成流通面，高　压腔和低压腔之间的压差在该处形成壅塞，实现降　压功能。阀芯和阀座顶盖之间的副弹簧Ｋ３和上限　位Ｋ６控制阀芯运动规律，因此流通面大小受很多　因素所决定。如果出口压力超过预定值，作用在膜　片的气动力破坏弹簧Ｋ１，Ｋ２和Ｋ３之问受力平衡，　推动膜片向下运动，带动阀芯使缝隙变窄，减少进入　产生的水锤、空化、气蚀等现象进行仿真研究相对较　多；而气体管路系统中也会出现所谓的“气柱振荡”　现象，在上世纪７Ｏ年代以后逐渐引起学术界关注，　利用这种共振产生激波进行能量传导可用于制　冷＿４　Ｊ。减压阀的减压功能主要依靠调整流道最小　截面产生壅塞来实现，由于气体可压缩性强、声速较　低，在阀门内部复杂的结构中流动时常会形成激波　等超声速流动现象。文献［７—８］通过数值模拟得到　的结论可以看出，由于阀门的限流作用，内部流场中　低压腔的气体流量，致使压力降低；反之，如果出口　收稿日期：２０１４—０４—１６；修订日期：２０１５～０６—０８　基金项目：国家自然科学基金资助项目（１１２７２０７４）；航空科学基金资助项目（２０１３１４６３０９）　第６期　刘君，等：减压阀动态特性的数值模拟及故障分析　９９１　压力小于预定值，气动力推动阀芯使缝隙变宽，更多　气体进入低压腔导致压力升高，这是实现其稳压的　原理。为了避免高压冲击载荷引起的下游波动，采　膜片运动中，调整块与下限位Ｋ４碰撞过程采用“接　触一压缩一回弹一脱离”非线性弹簧模型，弹簧刚度　Ｋ　表示为　Ｋ　一　用阀芯与膜片中心落座可以分离的结构设计，如果　膜片向下运动位移大于下限位Ｋ５，膜片脱离阀芯，　副弹簧Ｋ３使得阀芯和阀口完全贴合，阀门完全关　闭，该流通面的流量为０。同时，为了避免膜片回弹　ｆ３．１４×１０。（Ｎ／ｍ），　ｚ＜Ｌ４　（２）　【０，　３５≥Ｌ４　在阀芯与上限位Ｋ６接触的全开状态作为初始　位置ｚ　一０，运动到ｚ一一１．８　ｍｍ位置时下限位　Ｋ４发挥作用。Ｆ是阀芯和膜片相互间作用力；Ｆ　过量，膜片盒内设置了下限位Ｋ４。阀芯和上限位　Ｋ６之间的空腔称为卸荷腔，阀芯和阀座之间缝隙使　得高压气体进入卸荷腔进而影响阀芯受到的气动载　荷，为此阀芯中间开孔与低压腔相通，即使阀门完全　关闭也存在一定流量。　图１减压阀结构示意图　Ｆｉｇ．１　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ　基于“虚拟现实”的优势，本文通过数值模拟的　方法预测这种减压阀开启过程的动态特性，分析设　计参数的影响机理，进而为工艺流程控制和产品检　验提供依据。　２结构有限元模拟　尽管在结构分析中常用ＡＮＳＹＳ、ＦＬＵＥＮＴ等　商用软件，这些软件中也包含流体单元的计算模型，　但这些模型都是针对不可压流动方程建立，不适用　于气体减压阀。由于ＡＮＳＹＳ软件和流场求解器之　问存在耦合问题，本文把减压阀内部运动简化为如　下两个单自由度的质量弹簧模型。　如图１所示，在阀芯与膜片的分离面处将阀门　结构分为上下两部分。膜片系统的位移变量采用　表示，方向向上为正，运动方程如下　（Ｍｏ１＋Ｍ１／３）ｌｚ１一Ｋ１（一Ｌｚ１＋Ｌ１）一Ｋ４（ｚ１＋Ｌ　）一　Ｆ＋Ｆ　～Ｆ　（ｚ　）　（１）　式中　Ｍ０　为膜片质量，Ｋ　为主弹簧刚度，Ｍ　为质　量，Ｌ　为预压缩量，下限位行程Ｌ　一１．５７４　１　ｍｍ。　是作用在膜片上的气动力，可以根据低压腔内流场　压力积分得到，在与上部接触时去除阀芯对应的面　积；Ｆ　（－ｚ　）是膜片变形产生的反力，由于膜片厚度　很薄，当位移相对其厚度较大时，需要考虑位移大变　形效应，膜片内部应力很大，可能超出其屈服限，因　此，膜片变形提供的力和位移之问的关系是非线性　的。对于图１中刚度Ｋ　进行预处理建模，在流固　耦合模拟前先用ＡＮＳＹＳ软件对主阀膜片进行有限　元分析，得到位移变形与反力的关系Ｆ　（　）供本文　计算时使用。　阀芯系统的位移变量采用．ｚ　表示，运动方程　如下　（Ｍｏ２＋Ｍ３／３）Ｉｚ２＋Ｃｘ２一一Ｋ。（ｚ２＋Ｌ。）一Ｋ　５（Ｉｚ２＋　Ｌ５）一Ｋ６　２一　・ｓｉｇｎ（ｘ２）＋Ｆ２＋Ｆ　（３）　式中　为阀芯质量，Ｋ。为副弹簧刚度，Ｍ３为质　量，Ｌ。为预压缩量。阀芯碰撞过程用非线性弹簧　Ｋ　和Ｋ。近似，下限位行程为Ｌ　一０．８７４　１　ｍｍ，初　始位置ｚ　一０是全开状态，上限位行程为Ｌ。＝０；ｆ　是阀芯和阀座之间涨圈的运动摩擦力。如果阀芯脱　离膜片中心落座块的情况下，相互间作用力Ｆ一０；　如果阀芯接触膜片一起运动，以上２个动力学模型　合并成１个方程，这时Ｆ为内力，相互抵消；Ｆ。是作　用在阀芯上的气动力，受低压腔、高压腔和卸荷腔内　压力影响。　由于模型中受力均是非保守力，构成非保守系　统，采用Ｎｅｗｍａｒｋ算法计算。在本文数值模拟过　程中，由于三维流动的复杂性，每个迭代步内流场计　算耗时远大于固体位移场计算耗时。　３流体数值方法　气体的粘性比液体小，在气体阀门中，局部空间　会形成超声速流动，由激波和膨胀波引起的载荷变　化远远大于粘性的贡献，表现为ＮＳ方程中时间导　数项比粘性项的影响要大。为了提高计算效率，从　第６期　刘　君，等：减压阀动态特性的数值模拟及故障分析　扫Ｉ。０１　９９３　Ｍｅｔｈｏｄ）。全耦合算法是指流体控制方程和结构方　程作为一个系统方程同时求解，公式推导复杂，建立　高精度算法困难，求解过程涉及到矩阵运算，难以应　用于实际工程中的多自由度结构系统，目前使用很　少。分解算法是把耦合问题分解为流场和结构两部　分，分别进行求解，流场和结构之间的耦合通过流固　时间。这样一来，根据是否存在内迭代，进一步把　ＣＳＳ分为紧耦合算法（Ｔｉｇｈｔｌｙ—Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｍｅｔｈｏｄ）和　松耦合算法（Ｌｏｏｓｅｌｙ－Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｍｅｔｈｏｄ）。实际应用　表明，紧耦合算法在有些情况下达到收敛标准的内　迭代计算量很大，计算效率比时间小步长推进的松　耦合算法还低。在文献［１３］中结合新的几何守恒律　算法，构建了高精度的松耦合算法。　耦合界面上的信息交换来实现，又称为交错迭代算　法（Ｔｈｅ　Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｓｔａｇｇｅｒｅｄ—ＣＳＳ）。相　如图４示意，高度Ｈ：１、长度为Ｌ：１０的二维空　间均匀分布无量纲密度　一１、压力Ｐ。一１、声速ａ。一　１的静止气体，右侧连接质量　＝１的活塞，活塞和固　定点之间有刚度系数尼一１的弹簧。根据非定常一维　均熵流理论可以得到活塞运动速度与压力的关系式　一　一对于全耦合算法，分解算法具有以下优点：（１）可以　充分利用已有的ＣＦＤ和ＣＳＤ计算方法和程序；（２）　可以减少程序开发的难度；（３）可以保持程序的模块　化。所以，自从这一算法提出以来得到就受到重视。　为提高精度和计算效率，在流体和结构方程交错求　１．　，　＋ｋｕ　一Ｐ０（１一　苗　Ⅱ聆。量ｄｓ＿｝口　）７－７　（５）　解中又引入内迭代，内迭代达到收敛后全系统统一　工　图４验证模型及其结果比较　Ｆｉｇ．４　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｐｉｓｔｏｎ　ｐｒｏｂｌｅｍ　采用Ｒｕｎｇｅ—Ｋｕｔｔａ方法求解以上常微分方程可　得到活塞运动特性，用来验证前面介绍的流固耦合　计算方法的有效性。采用２　８４４个网格点、５　２６０个　单元的三角形网格离散初始空间，动网格模拟流场，　在ｔ一３时两种方法计算得到的活塞速度和位移比　较如图４所示，计算结果非常一致，表明本文建立的　有孔板限流器。工作介质为常温条件下的空气。为　了避免减压阀内部压力波对进出口边界影响，在三　维计算域的入口和出口处连接足够长的一维等截面　管路模型，一维模型与三维模型之问通过延拓两排　虚拟网格点来传递流场物理量，一维模型的自由端　分别定义为无反射入口和出口边界条件。入口长度　为１０　ｍ，出口长度为２．５　１３ａ。　流固耦合计算程序具有良好的计算精度，为下面的　应用研究打下很好的基础。　按照静态性能设计模型，主弹簧的预压力为　１　０５０　Ｎ，出口压力１．７　ＭＰａ为理论值。标准工况　５数值计算与结果分析　减压阀上游通过管路连接高压气源，下游管路　的上游开启总压为２１　ＭＰａ，初始流场为标准大气参　数０．１　ＭＰａ。在一维模型的入口处总压在给定时问　内从０．１　ＭＰａ线性增加到２１　ＭＰａ，开启时间大约　９９４　振　动　工　程　学　报　第２８卷　在１ｏ～１００　ｍｓ之间。计算得到的压力随着时间的　变化规律如图５所示。尽管低压腔测点位置不同，　曲线差异很小，表明在低压腔内主要进行亚声速流　动。算例结果基本围绕比理论值略高的均值波动，　考虑到黏性影响，计算值高于理论值也是合理的。　图５开启压力为２１　ＭＰａ时不同监测点压力变化时程　、　Ｆｉｇ．５　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｃａｓｅ　０ｆ　２　１　ＭＰａ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　一。　计算过程中在过滤器虚拟挡板两侧形成压力梯　度，涨圈结构也有明显的压力差存在，说明本文采用　虚拟挡板成功模拟滤网结构的阻挡作用和高压气体　幌　●　糖　进入卸荷腔的流动过程。如果主弹簧预压力为　６７８　Ｎ，出口压力调整到１．２　ＭＰａ为理论值，数值模拟　的低压腔测点压力规律与图５类似，也是围绕理论值　波动。以上这些论据验证本文计算是合理有效的。　减压器在正常工作过程中，由于流固耦合相互　干扰，膜片脱离阀芯后向下运动，与限位器碰撞后反　向运动，逐渐在限位器和原点之间发生高频振荡；阀　芯振幅均值较小，除了接触膜片一起向上运动，在脱　离膜片后也有高频小幅振动。　同时，在数值模拟过程中出现了减压器失效的　故障状态，对多种工况计算结果进行总结分析，主要　的故障状态可以分为两种，第１种如图６（ａ）所示，　在工作一段时间以后，膜片的运动位移逐渐增大直　至发散，这样可能导致膜片损坏；第２种如图６（ｂ）　所示，减压阀可以稳定工作，但是这种工况下的出口　压力低于理论值。　图６（ａ）为第１种故障状态的计算结果，当开　启压力为１５　ＭＰａ时，减压阀阀芯和膜片以小幅振　动的形式工作了一段时间后便振动发散，低压腔压　力均值从１．７　ＭＰａ变化到７．５　ＭＰａ，如图７所示。　由这个故障工况的结果推测，采用原来设计的低压　（ａ）开启压力为１５１ＶＩＰａ　（ａ）Ｔｈｅ　ｓｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅＰ＝－１５ｌ￣／ＩＰａ　ｔ／ｓ　（ｂ）开启匿力为２　ＭＰａ　（ｂ）Ｔｈｅ　ｓｅｔｐｒｅｓｓｕｒｅＰ＝２ＭＰａ　图６故障状态下阀芯与膜片位移历程　Ｆｉｇ．６　Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｖａｌｖｅ　ｃｏｒｅ　ａｎｄ　ｄｉａｐｈｒａｇｍ　腔外形，当近距离布置出口孔板时，低压腔连通孔板　前管路的容积相对较小，而高压腔压力很高，低压腔　压力对阀门开度过于敏感，每一次波动都会导致低　压腔压力出现一次跃升，如果压力的振动与结构的　运动产生共振就会导致颤振，最终必然导致结构损　坏。　ｔ｜Ｓ　图７压力变化时程曲线　Ｆｉｇ．７　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｌｏｗ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｃａｖｉｔｙ　分析图６（ｂ）的第２种故障原因，由于阀　有下　限位Ｋ５，因此在图中坐标原点处以下是膜片脱离阀　９９６　振　动　工　程　学　报　第２８卷　ｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ￣Ｊ］．Ａｃｔａ　Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｅａ　Ｓｉｎｉ—　６　结　论　以上研究表明：　ｃａ，１９９７，１５（２）：１７７—１８４．　Ｅｓ］　李学来，郭荣伟．振荡管内气柱谐振的研究［Ｊ］．航空学　报，１９９９，２０（２）：９７—９９．　ＬＩ　Ｘｕｅ—ｌａｉ，ＧＵＯ　Ｒｏｎｇ－ｗｅｉ．Ｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｏｆ　ｇａｓ　ｃｏｌ—　（１）在两种主弹簧预压力的大部分算例中，计算　得到的出口压力的均值接近按照静态性能设计出的　ｕｍｎ　ｉｎ　ａｎ　ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ　ｔｕｂｅ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａ　ｅｔ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａ　Ｓｉｎｉｃａ，１９９９，２０（２）：９７—９９．　理论值，基于非结构动网格的流固耦合计算方法有　效开展减压阀的动态特性研究，采用虚拟网格技术　［６］　刘君，郭正，瞿章华．闭口管内气体非线性振荡研究　ＥＪ］．推进技术，２０００，２１（４）：３２～３５．　实现了减压阀从完全关闭到开启的真实工作过程。　（２）在进口气体的冲击载荷作用下，这款减压阀　正常工作的出口压力表现为周期振荡，而且对于进　口气体的不同增压速率有很好的适应性。　（３）减压阀会出现气动力与动力学系统相互干　扰形成的颤振现象，定性分析这种流固耦合现象是　导致颤振的主要机理，可采取相应措施可以消除颤　振。　（４）由于涨圈结构的设计问题，导致涨圈漏气量　过大造成减压阀失效，修改模型参数可以消除这种　故障，在工艺控制时需要关注缝隙宽度的检测。　参考文献：　［１］　谭建国，江燕平，王振国．减压器增压过程中的振荡抑　制措施［Ｊ］．推进技术，２０１３，３４（１）：１４５～１４９．　ＴＡＮ　Ｊｉａｎ—ｇｕｏ。ＪＩＡＮＧ　Ｙａｎ－ｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｅｎ－ｇｕｏ．　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｏｎ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｒｏ～　ｐｕｌｓｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１３，３４（１）：１４５－－１４９．　Ｅ２］　叶奇防，严诗杰，陈江平，等．气动先导式电磁阀的自激　振动［Ｊ］．机械工程学报，２０１０，４６（１）：ｌｌ５—１２１．　ＹＥ　Ｑｉ　ｆａｎｇ，ＹＡＮ　Ｓｈｉ—ｊｉｅ，ＣＨＥＮ　Ｊｉａｎｇ—ｐｉｎｇ，ｅｔ　ａ１．　Ｓｅｌｆ－ｅｘｃｉｔｅｄ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ａ　ｐｎｅｕｍａｔｉｃ　ｐｉｌｏｔ－ｏｐｅｒａｔｅｄ　ｓｏ—　ｌｅｎｏｉｄ　ｖａｌｖｅ　ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２Ｏ１０，４６（１）：１１５－－１２１．　Ｅ３］　戴梧叶，马彬，张国舟，等．减压器特性实验研究ＥＪ］．北　京航空航天大学学报，１９９９，２５（６）：７ｌｌ一７１３．　ＤＡＩ　Ｗｕ—ｙｅ，ＭＡ　Ｂｉｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｇｕｏ—ｚｈｏｕ，ｅｔ　ａ１．Ｅｘ　ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，１９９９，２５（６）：７１１—７１３．　Ｅ４］　孙建红，纪益明，明晓．开口圆管气体的非线性振荡研　究及雾化应用［Ｊ］．空气动力学学报，１９９７，１５（２）：　１７７—１８４．　ＳＵＮ　Ｊｉａｎ—ｈｏｎｇ，ＪＩ　Ｙｉ—ｒｕｉｎｇ，ＭＩＮＧ　Ｘｉａｏ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａ　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｇａｓ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｏｐｅｎ　ｐｉｐｅｓ　ａｎｄ　ａｐ—　Ｉ　ＩＵ　Ｊｕｎ，ＧＵＯ　Ｚｈｅｎｇ，ＺＨＡＩ　Ｚｈａｎｇ　ｈｕａ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｇａｓ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　ｃｌｏｓｅｄ　ｐｉｐｅ　ＣＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，２　１（４）：　３２～３５．　［７］　Ｖｉｎｅｅｔ　Ａ，Ａｓｈｖｉｎ　Ｈ，Ｐｅｔｅｒ　Ｃ，ｅｔ　ａ１．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ　ｉｎ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｖａｌｖｅ　ａｎｄ　Ｆｅｅｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｒ］．　ＡＩＡＡ－２００６—４７５８．　［８］　Ｊｅｒｅｍｙ　Ｓ，Ａｓｈｖｉｎ　Ｈ，Ｖｉｎｅｅｔ　Ａ．Ｕｎｓｔｅａｄｙ　Ａｎａｌｙｓｅｓ　ｏｆ　Ｖａｌｖｅ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｉｎ　Ｒｏｃｋｅｔ　Ｅｎｇｉｎｅ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ　ＥＲ］．ＡＩＡＡ　２００４—３６６３．　Ｅ９］　李哲，魏志军，张平．调压阀内流场数值模拟及动态特　性分析ＥＪ］￣ｇ京理工大学学报，２００７，２７（５）：３９ｏ　３９４．　ＬＩ　Ｚｈｅ，ＷＥＩ　Ｚｈｉ—ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｐｉｎｇ．Ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ～ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｖａｌｖｅＥＪ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，２７（５）：３９Ｏ　３９４．　ＥｌＯ］　李哲，魏志军，张平．燃气调压阀内流场三维数值模拟　ＥＪ］．固体火箭技术，２００７，３０（３）：２１ｏ一２１３．　ＬＩ　Ｚｈｅ．ＷＥＩ　Ｚｈｉ—ｊ　ｕｎ。ＺＨＡＮＧ　Ｐｉｎｇ．３　Ｄ　ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｆｏｒ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ　ｖａｌｖｅ　ｏｆ　ｇａｓ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ　Ｒｏｃｋｅｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３０（３）：２１Ｏ一２１３．　Ｅ１１］　刘君，白晓征，郭正．非结构动网格计算方法一及其在　包含运动界面的流场模拟中的应用［Ｍ］．长沙：国防科　技大学出版社，２００９．　Ｅ１２］　郭正，刘君，陈广南．安溢活门动态特性的流固耦合数　值分析ＥＪ］．机械工程学报，２００８，４４（８）：６１　６６．　ＧＵＯ　Ｚｈｅｎｇ。ＬＩＵ　Ｊｕｎ，ＣＨＥＮ　Ｇｕａｎｇ　ｎａｎ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｓａｆｅｔｙ　ｖａｌｖｅ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｆｌｕｉｄ　ａｎｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎＥＪ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００８，４４（８）：６１－－６６．　Ｅ１３］　郭攀，刘君，武文华．爆炸冲击载荷作用下流固耦合数　值模拟［Ｊ］．力学学报，２０１３，４５（２）：２８３—２８７．　ＧＵＯ　Ｐａｎ，ＬＩＵ　Ｊｕｎ，ＷＵ　Ｗｅｎ－ｈｕａ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｍｏｄ—　ｃｌｉｎｇ　ｆｏｒ　ｆｌｕｉｄ——ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｂｌａｓｔ　ａｎｄ　ｉｍ—ｒ　ｐａｃｔ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ＥＪ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｈｅｏｒｅｔ　ｉｃａｌ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２０１３，４５（２）：２８３～２８７．　第６期　刘君，等：减压阀动态特性的数值模拟及故障分析　９９７　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｙｎａｍｉｃ　ａｎｄ　ｆａｕｌｔ　ｄｉａｇｎｏｓｉｓ　ＬＩＵ　Ｊｕｎ，Ｄ０ＮＧ　Ｈａｉ—ｂｏ，ＸＵ　Ｃｈｕｎ—ｇｕａｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｅｓ　ａｎｄ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｄａｌｌａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｅｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ　ＡＮＳＹＳ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｆｏｒｃｅ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｃｕｒｖｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｉｍｅ　ｈｉｓｔｏｒｙ　ｏｆ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ—　ｉｓｔｉｃｓ；Ｓｏｌｉｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ　ｔｏ　ｔｗｏ　ｓｉｎｇｌｅ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｆｒｅｅｄｏｍ　ｍａｓｓ　ｓｐｒｉｎｇ　ｄａｍｐｅｒ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｍｏｄｅｌｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃａｌｃｕ—　ｌａｔｅｄ　ｂｙ　Ｎｅｗｍａｒｋ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｕｎｓｔｅａｄｙ　ｉｎｔｅｇｒａｌ　ｆｏｒｍｓ　ｏｆ　ＡＬＥ　ｅｑｕａｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ｓｏｌｖｅｄ　ｂｙ　ｆｉｎｉｔｅ　ｖｏｌｕｍｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｐｒｉｎｇ　ａｎａｌｏｇｙ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｄｙｎａｍｉｃ　ｇｒｉｄ．Ａ　ｎｅｗ　ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｌａｗ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ—ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｆｌｕｉｄ　ａｎｄ　ｓｏｌｉｄ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃａｌｃｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ｇｏｖｅｒｎｉｎｇ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ；ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｍｅｓｈ　ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｈｅｎ　ｍｕｌｔｉ　ｂｏｄｉｅｓ　ｍｏｖｅｄ　ｆｒｏｍ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｔｏ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｓｈ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｃｈａｎｇｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｏｕｔｌｅｔ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｆ　ｖａｌｖｅ　ｏｓｃｉｌｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈｉｎ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｕｐｓｔｒｅａｍ　ｐｒｅｓｓｕｒｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ，ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｉｓ　ｃｌｏｓｅ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏ—　ｒｅｔｉｃａｌ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　ｓｔａｔｉｃ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔ　ｃａｎ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｗｏ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　ｆａｕｌｔ　ａｎｄ　ｍｏｄｉｆｙ　ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｔＯ　ｅｘｃｌｕｄｅ　ａｎｏｍａｌｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｉｄ　ａｎｄ　ｓｏｌｉｄ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｒｅｌｉｅｆ　ｖａｌｖｅ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　ｇｒｉｄ；ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ；ｄｙｎａｍｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　作者简介：刘君（１９６５一），男，教授。电话：（０４１１）８４７０７１７６；Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｕｊｕｎ６５＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ