采用有限元軟件ANSYS對
顆粒機環(huán)模孔進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，尋求環(huán)模孔的最佳結(jié)構(gòu)，改善其受力狀況，降低環(huán)模孔發(fā)生塑性變形的概率，延長環(huán)模的使用壽命。
3.1.4.1模型建立
由上面對環(huán)模孔塑性變形的分析過程可以看出，環(huán)模孔進(jìn)料口倒角0的變化對環(huán)模受力狀況有很大的影響。取四種不同環(huán)模孔進(jìn)料口倒角對其進(jìn)行有限元分析，找出四種不同類型環(huán)模孔沿軸向路徑的應(yīng)力與變形分布規(guī)律，得出環(huán)模孔進(jìn)料口倒角與環(huán)模軸向路徑的應(yīng)力與變形的影響關(guān)系，為環(huán)模的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。下面應(yīng)用三維建模軟件Pro/e和有限元分析軟件ANSYS對四種種進(jìn)料口倒角的環(huán)模孔進(jìn)行分析。
Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數(shù)技術(shù)公司(Parametric Technology Corporation，簡稱PTC)的重要產(chǎn)品。在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計、鈑金設(shè)計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。有限元軟件ANSYS是一專用的有限元分析工具，其數(shù)值模擬和分析功能強大。在ANSYS進(jìn)行有限元分析的過程中，幾何建模是必不可少的過程，ANSYS軟件本身自帶有三維建模功能，但相對于Pro/e和UG來說，建模過程復(fù)雜，費時較多。ANSYS有強大的接口能力和結(jié)構(gòu)計算能力，可以將Pro/e和UG等軟件建立的模型通過中間軟件IGES很好的導(dǎo)入其中，進(jìn)行分析計算。
在對顆粒機環(huán)模孔進(jìn)行有限元分析時，所建立的模型在所要求的精度下應(yīng)該盡量簡單，在保證計算精度，減少計算時間的同時，完成有限元分析的目的[62]。因此，根據(jù)某集團(tuán)生產(chǎn)的環(huán)模孔的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，用Pro/e軟件建模，取四種不同環(huán)模孔進(jìn)料口倒角，分別為30°、40°、50°、60°，由于環(huán)模孔是軸對稱結(jié)構(gòu)，所以只建立環(huán)模孔的四分之一模型來進(jìn)行有限元分析。
3.1.4.2有限元網(wǎng)格劃分
利用ANSYS的接口技術(shù)，實現(xiàn)環(huán)模孔的模型導(dǎo)入。首先選擇單元類型和材料參數(shù)。選用六面體單元solid45，彈性模量E-2.06e+11，泊松比μ=0,3。采用映射網(wǎng)格劃分，可以保證有限元分析精度。網(wǎng)格劃分尺寸選2mm。環(huán)模孔的四分之一模型和有限元網(wǎng)格劃分結(jié)果見下圖3.2所示：
3,1.4.3對有限元模型施加約束條件
對模型施加約束條件和載荷可以在網(wǎng)格劃分之前進(jìn)行加載，也可以在網(wǎng)格劃分之后進(jìn)行加載。也就是說可以在實體模型上進(jìn)行載荷施加和約束的添加，也可以在有限元模型的節(jié)點、單元等上面進(jìn)行。選用在網(wǎng)格劃分之后進(jìn)行約束添加和加載。由于環(huán)模孔是軸對稱結(jié)構(gòu)，環(huán)模孔模型建立的時候只建立了模型的四分之一。因此，可以在環(huán)模孔底面添加全約束，在四分之一模型的兩個側(cè)面添加軸對稱約束。
3.1.4.4有限元模型載荷施加
上一節(jié)中已經(jīng)對環(huán)模孔的受力情況做了分析，環(huán)模孔的受力情況主要分為兩部分：進(jìn)料口倒角面上受到物料對它的正壓力Ni和摩擦力F1；模孔內(nèi)壁物料對它的正壓力N和摩擦力F2。根據(jù)擠壓力F的公式：
上表中四種不同倒角環(huán)模孔所受的力即為有限元模型需要施加的載荷，在環(huán)模孔有限元模型上分別進(jìn)行加載。
3.1.4.5求解
運行Solution-Solvc-Current LS，進(jìn)行靜結(jié)構(gòu)有限元計算。
3.1.4.6計算結(jié)果分析
求解完成之后，ANSYS可以通過后處理模塊POST1對環(huán)模孔所受的應(yīng)力、應(yīng)變等用等值線等多種方式表示，也可以對節(jié)點的結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)應(yīng)力，單元的結(jié)構(gòu)應(yīng)變、節(jié)點力等進(jìn)行數(shù)值處理。查看后處理結(jié)果，四種不同環(huán)模孔結(jié)構(gòu)模型的節(jié)點位移云圖如下圖3.3所示：
分析比較圖3.4中的四種不同環(huán)模孔沿軸向方向的應(yīng)力分布和變形圖，在環(huán)模孔沿軸向方向的應(yīng)力分布圖中可以看出，30°倒角的環(huán)模孔應(yīng)力較大，40°倒角的環(huán)模較30°倒角的環(huán)模孔在進(jìn)料口倒角處的應(yīng)力要小，而60°倒角的環(huán)模孔在進(jìn)料口倒角處的應(yīng)力最小。在環(huán)模孔非倒角處的應(yīng)力也是隨著環(huán)模孔倒角從小到大變化而逐次減小的。由此可見，60°倒角的環(huán)模孔的受力狀況要比30°、40°和50°倒角的環(huán)模孔要好，受力較均勻。在環(huán)模孔沿軸向方向位移圖中可以看出，30°倒角環(huán)模孔的位移也是最大的，40°、50°和60°倒角環(huán)模孔沿軸向的位移較前者是依次減小的，說明了60°倒角環(huán)模孔沿軸向的位移最小。由以上兩點分析結(jié)果可以看出，當(dāng)環(huán)模孔進(jìn)料口處倒角為60°時環(huán)模孔的結(jié)構(gòu)最好，發(fā)生環(huán)模孔塑性變形的可能性較小。
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