Racjonalizacja kształtu gumowej membrany zaworu zaporowego

W artykule przedstawiono sposób modelowania pracy zaworu zaporowego. Podstawowym celem pracy było zwiększenie wytrzymałości mechanicznej elastycznej membrany oraz poprawa stopnia szczelności wewnętrznej zaworu, poprzez modyfikację kształtu membrany. W celu ustalenia przyczyn powstałego miejsca uszkodzenia pierwotnej konstrukcji, przeprowadzono analizę numeryczną, która pozwoliła określić rozkład wartości naprężenia w miejscu uszkodzenia. Symulację przeprowadzono, wykorzystując Metodę Elementów Skończonych. Do odzwierciedlenia nieliniowych właściwości materiału gumy wykorzystano hipersprężysty model materiału Mooneya–Rivlina. Dzięki analizie numerycznej oraz kolejnym próbom modyfikacji geometrii membrany, zmniejszono naprężenie w miejscu pierwotnego uszkodzenia oraz zapewniono wymagany nacisk stykowy wpływający na poziom szczelności wewnętrznej zaworu. Otrzymany w wyniku kolejnych iteracji obliczeń numerycznych kształt membrany przebadano eksperymentalnie. Ostatecznie liczba cykli otwarcia i zamknięcia zaworu wzrosła z 5 do 298.

The paper presents the method of modeling the operation of the shut-off valve. The main goal of the work was to increase the fatigue life and improve the degree of internal tightness of the valve, by properly forming the rubber diaphragm and selecting the adequate material for its performance. In order to verify the causes of failure of the original structure, a numerical analysis was carried out. This allowed determining the stress distribution at failure place. The simulation was carried out using the finite element method. To reflect the non-linear properties of the rubber material, a hyperelastic material Mooney-Rivlin model was used. Thanks to numerical analysis and subsequent attempts to modify the geometry of the diaphragm, the stress at the location of the original damage was reduced, and the required contact pressure affecting the level of internal tightness of the valve was ensured. The shape of the membrane obtained as a result of successive iterations of numerical calculations was tested experimentally. Eventually, the number of valve opening and closing cycles increased from 5 to 298.