在石油、化工、食品、饮料等行业，经常使用的蝶阀一般都是中线式的，其密封比压是靠蝶板和密封圈间的过盈挤压造成的，在频繁开启状态下密封圈非常容易损坏。三偏心蝶阀是在双偏心蝶阀的基础上，使蝶板的中心偏置一定的角度，形成三偏心密封结构，从而消除了蝶阀启闭时两密封面之间的机械磨损和擦伤，减少驱动力矩。密封面位于斜圆锥表面，阀座和密封圈的正截面均为椭圆，这正是其设计和制造的难点及关键，也是目前不能准确计算摩擦力矩的原因所在。三偏心金属蝶阀属于强制密封蝶阀范畴，采用接触式机械密封，其蝶板关闭时在力矩的作用下靠一定的过盈量在阀座密封面间形成密封比压，实现密封。如图所示，其主要结构特征是它的3个偏心量：碟板的回转中心相对于密封面中截面的轴向偏心a；碟板的回转中心相对于阀体中心线的径向偏心b；圆锥形密封面的中心线与阀体中心线形成的角度为β的角偏置。经过第3次偏心后，蝶板的密封断面不再是圆，而是椭圆。密封过程中蝶板与阀座锥形密封副间的接触界面的区域大小和相互位置以及接触状态都事先未知，并呈现出复杂的接触非线性的特点。
      ANSYS是当前使用最广泛的大型通用有限元分析软件，具有强大的求解器，可对结构、热、流体、电磁场、声场和耦合场进行计算。但是ANSYS的建模能力相对薄弱，并对分析模型要求苛刻。为解决该问题，ANSYS为目前主流的CAD软件提供了预留接口，SolidWorks软件也在其中。
      本文以三偏心蝶阀为研究对象，考虑部件之间的接触作用，建立起阀体、碟板、密封圈、轴（驱动轴，从动轴）和轴承的三维模型，使用有限元分析软件ANSYS分析三偏心蝶阀设计时的密封比压和关闭扭矩，并显示密封圈的等值应力图和受力后的变形状况。
      由于本分析主要研究密封圈和碟板，在三维建模时忽略对分析结果影响较小的部件和部件上的小特征，这样不仅可以节约计算机资源，而且能提高计算结果的准确性。以工称直径为DN400、PN112bar的三偏心蝶阀为例，利用三维建模软件SolidWorks强大的实体建模功能进行实体建模，并对各零件进行组装，生成装配体。
      利用Workbench软件的模型导入功能可以将三偏心蝶阀的装配体输入到建模环境DesignModuler，输入后的装配体，系统可以自动识别零件之间的接触关系，并自动设置面与面之间的接触特性。
      网格划分是建模中非常重要的一个环节，网格形式的选取是决定网格质量和结果精度的重要因素。如果网格单元太小，会造成网格过密，导致计算成本过高。本例中由于重点关注密封圈与碟板接触面处的接触应力，所以只需要细化密封圈与碟板接触面之间的网格，而其他位置的网格不用过于细化。本模型采用四面体和六面体划分，一共650000个单元，1064812个结点。
      基于DesignModuler的三维模型，定义结构上的载荷和边界条件，而且在有限元计算中必须指定足够多个保证结构在外载荷作用下不发生刚体位移的边界条件。由于新设计的阀门关闭扭矩未知，且在启闭过程中有干涉问题，所以在关闭过程中采用施加旋转角度，同时为了节约计算时间，把阀体设置成刚体。在本例计算中阀门处于未完全关闭的初始状态，且保证密封圈与碟板之间无接触。按照阀门实际工作的受力状态，对模型分别施加以下载荷和边界条件：（1）施加位移约束：压紧环位移0.638mm，以模拟真实装配状况，使压紧环预压密封圈；（2）施加压强：在碟板背面施加法线方向11.2MPa压强；（3）施加位移约束：在驱动轴末端施加4°角度位移，以模型真实工况下阀门的关闭状态；（4）施加轴向固定约束：在从动轴末端施加轴向固定约束；（5）施加固定约束：固定阀体两个法兰端面。由于ANSYS模拟的是一个比较复杂的分析过程，为了简化分析在施加载荷时分三步进行：第一步施加压紧环位移，第二步施加驱动轴旋转角度，第三步施加压强。
      此分析可以全面研究三偏心蝶阀系统的内在规律和密封机理，由于主动体上的节点与被动体接触时的自由度和变形的一致性，能得到密封圈的应力场和位移场计算结果，尤其可以获得碟板和密封圈之间接触压力和关闭扭矩等很重要的具体数据，这里仅给出部分的计算结果。

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