大口径闸阀(公称通径为350-1200mm)在供水和工业管道上被广泛应用。阀体作为闸阀主要零件之一,其结构型式及参数对阀门总体性能有重要的影响。由于大口径闸阀阀体受到结构长度的限制,其容纳闸板的内腔通常为扁圆形或椭圆形的异形容器,很难用理论公式对其进行结构分析,结构优化也人多依靠工程经验。因此,如何采用先进的计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)技术对大口径阀体结构的强度、刚度性能进行数值分析和优化设计,并对阀体结构进行可靠性评估,进而为该类结构的改进提供依据和指导,己成为业内共同关注的课题。本文以某厂大口径闸阀阀体为主要研究对象,运用CAE技术对其进行静力有限元分析,以及结构优化和可靠性研究。研究内容概述如下:1.以ANSYS Workbench Environment(AWE)协同优化分析平台为工具,建立大口径闸阀阀体的参数化模型,基于整体结构设定边界条件,按照实际工况和试验工况分别施加载荷,对阀体的强度、刚度进行了有限元分析,研究阀体等效应力的大小和分布状况。2.从安全、经济的角度,以阀体质量、刚度约束条件下应力集中处的最大等效应力作为目标函数,以阀体结构的基本尺寸作为设计变量,就如何改进阀体的结构以减少阀体的应力集中现象,合理优化加强筋结构尺进一寸和位置进行结构设计,得出阀体最优的结构尺寸。结合最大应力强度敏感性分析,为该类阀体结构的设计提出指导性意见。结果表明,改进后的阀体等效应力最大值减小18.8%,应力集中处应力值明显减小,改善了阀体的应力分布状况,使其分布更加均匀,该研究方法具有较高的效率和精度。3.根据结构可靠性理论,基于ANSYS软件的PDS(Probabilistic Design System)模块,以阀体结构尺寸、材料特性、载荷等设计参数为随机输入变量,采用Monte-Carlo随机有限元法中的拉丁超立方法进行抽样分析,直观地显示了设计参数对结构应力、强度可靠度的影响程度,实现对优化后阀体结构强度的可靠性分析,验证了优化后该结构的可靠性及优化设计的可行性。