利用APDL参数化编程的方法对V锥流量计的悬臂支撑进行了参数化建模,运用AN SYS中优化模块对流量计悬 臂支撑的尺寸进行了优化,其结果表明优化后悬臂支撑的受力情况得到了显著的改善，同时使得V锥流量计尺寸更加合 理,并提高了材料的利用效率,实现了优化的意义。

0.引言

V锥流量计是一种新兴的管道流量测量装置，与其他 的测量装置（如文丘里管等传统的测量装置相比,具有 明显的优点:1)较强的自整流功能，对于流量计的前 直管段要求较短,可以在较小的空间内进行安装；2)抗污 染能力强，具有持久耐用的特点；3)由于量程比宽，即它 的线性度好,从而使其精度较高沐压力损失小，4)可以降 低能耗;5)安装维护费用后相对较低。但在实际的应用 中，并没有得到社会广泛的认可，主要原因是V锥流量计 在使用过程中因流体的作用出现节流锥体出现偏斜、振 动甚至脱落等故障。由于V锥流量内锥型节流装置需要与 管道同轴安装的特殊性，目前经常使用的结构形式是L型 的悬臂支撑,如图1所示。节流锥体与管道不同轴会使测 量精度明显降低,要求支撑具有足够的刚度以确保节流锥 体的正确位置，尤其在使用的全过程中都要保持这种状 态,使流量计能够稳定工作。因此,对V锥流量计悬臂支撑 的尺寸进行优化设计,是工程应用中亟待解决的问题。

1 .V锥流量计模型的简化处 理

如图1所 示的V锥流量 计的剖面视 图，从图中可 以看出，分析 优化的中重点是起到支撑作用的L型悬臂结构,所以外管 道可以在建模的过程中略去，去除掉与分析过程无关的 部分，目的是为了使整个分析优化过程更加便捷、高效地 进行。

2.节流装置的APDL参数化建模

如图1,L型支撑结构的位于锥体的前部,现在需要确 定的是L型悬臂支撑进行参数化建模，横臂直径d1二 10 mm,竖直臂内径d2=5 mm,竖直臂外径d3=10 mm,长度 1=50 mm,竖直臂距离锥体尾部的距离%=65 mm。对相应参数4、2、义、/以及x五个参数进行优化。参数化模型如图 2，其中等效直径比/3=0.85,管道内径"=100 mm。

3 .V锥流量计流体仿真

在进行有限元分析之前，需要对流量计进行流体力 学仿真，进一步确定因流体作用在锥体上产生的压力载 荷,在确定其载荷值后进行有限元分析。

利用FLUENT或CFX软件进行流体力学仿真，可以得到如图3所示的压 力云图，入口速度 为10 m/s，介质为 空气，湍流模型为 RNG模型。从图3 中可以清楚地看到 流体在流经锥体后 会的压力变化情 况，同时在锥体尾 部下面的压力值 大于上面的压力 值，出现上下压力 不等的情况。

4.有限元分析及 其变量的提取

在参数化模型 的基础上，根据过 程需要进行设置 材料属性、单元类 型和约束及其加 载。

V锥流量计内 锥体及其悬臂支 撑的材料为 1Cr18Ni9Ti，具有 防锈、机械强度高 的特点，可给予内 锥体足够的支撑。单元类型选用Soild185,约束为支撑的 一段固定,载荷值为流体力学仿真中数值。

进行有限元分析得到相关的应力云图，如图4。最大 应力的位置为悬臂支撑与管道相连结出上，与实际故障 位置一致,进一步证明了该分析的结果是可以信的。

下面为进一步的优化设计提取有限元分析中的最大 应力Smax和最大位移量Umax作为优化分析时的状态变量， 提取SMAX和UMAX使用的命令如下：

/POST1 !后处理

ALLSEL !选择所有节点

NSORT,S,EQV,0,0,ALL !将应力排序

*GET,SMAX, SORT，, MAX !将最大应力存在Smax中

NSORT,S,SUM,0,0,ALL !将位移量排序

*GET, UMAX, SORT, 0, MAX !将最大位移量存在Umax中

FINISH

5.优化分析

用上述参数对改进L型悬臂的支撑的尺寸，重新进行 有限元分析,得到的新的有限元分析结果，与优化前相比 较而言，改进以后的悬臂上的应力分布较改进前有很大 的改善，同时受力情况也得到了提高,说明此次优化取得 了较理想的结果。

6.结语

通过利用APDL参数化建模的方式对V锥流量计L型 悬臂的尺寸进行了优化分析，从优化后的应力云图验证 了优化的最终效果是较为理想且可信的，说明了该优化 结果可以有效地改善悬臂支撑结构的受力情况，减少故 障发生的概率并且提高材料的使用率。