基于ANSYS的氣流成網(wǎng)機(jī)機(jī)架靜力學(xué)分析

王 莉 ，李丹丹 ，楊建成

（1.天津工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300387；2.天津市現(xiàn)代機(jī)電裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300387）

0 前言

氣流成網(wǎng)非織造布的全球產(chǎn)量在20世紀(jì)90年代迅速增長(zhǎng)，隨著非織造布需求的不斷增長(zhǎng)，相應(yīng)的氣流成網(wǎng)非織造布生產(chǎn)技術(shù)也得到了長(zhǎng)足發(fā)展，相應(yīng)的氣流成網(wǎng)設(shè)備生產(chǎn)和研發(fā)顯得尤為重要。近年來(lái)，我國(guó)也自行開(kāi)發(fā)了一些非織造布生產(chǎn)設(shè)備，而對(duì)于氣流成網(wǎng)設(shè)備機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析是設(shè)備研發(fā)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。為了保證氣流成網(wǎng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中平穩(wěn)運(yùn)行，所以對(duì)機(jī)架進(jìn)行ANSYS靜力學(xué)分析將為整機(jī)的研制奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和仿真基礎(chǔ)，并為機(jī)架的材料屬性選擇提供了理論依據(jù)。

1 氣流成網(wǎng)機(jī)機(jī)架模型建立以及參數(shù)設(shè)置

氣流成網(wǎng)機(jī)模型如圖1所示，其機(jī)架是由角鋼、槽鋼和鋼板焊接而成，主要承重處為槽鋼和鋼板表面，三維建模時(shí)可將機(jī)架建成為一個(gè)整體。

圖1 氣流成網(wǎng)機(jī)的三維實(shí)體模型

將Pro/E中已經(jīng)建好的模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中。氣流成網(wǎng)機(jī)的實(shí)體模型的幾何形狀確定之后，由邊界條件來(lái)決定網(wǎng)格，即每一線(xiàn)段要分成幾個(gè)元素或元素的尺寸是多大。決定了每邊元素?cái)?shù)目或尺寸大小之后，ANSYS的內(nèi)部程序就能自動(dòng)進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，即自動(dòng)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和元素，并同時(shí)完成有限元模型的分析[1-4]。

根據(jù)氣流成網(wǎng)機(jī)機(jī)架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次模型采用實(shí)體單元，即Structural Mess Solid Tet10node 187.機(jī)架采用的材料是Q235碳素結(jié)構(gòu)鋼，楊氏模量為E=2.06 × 1011Pa，泊松比 μ =0.3，密度為 ρ=7 850 kg/m3，材料線(xiàn)膨脹系數(shù)為α=1.22×10-5（1/℃）。ANSYS具有很強(qiáng)的網(wǎng)格劃分功能，其將智能網(wǎng)格劃分水平分為10級(jí)，級(jí)數(shù)越低其劃分的越精細(xì)，為了保證更加的精確的分析機(jī)架的受力情況，所以本次網(wǎng)格劃分等級(jí)選用1級(jí)。

2 機(jī)架約束及載荷的確定

氣流成網(wǎng)機(jī)中的機(jī)架在工作過(guò)程中是固定不動(dòng)的，支撐在地面上，如圖2所示機(jī)架4個(gè)底座的自由度全部被約束；由于機(jī)架的主要承重處為槽鋼和鋼板表面，為了了解機(jī)架在承受靜態(tài)載荷時(shí)，其應(yīng)力應(yīng)變的情況，所以在主要承重處施加載荷，圖3為機(jī)架各表面施加載荷之后的效果圖。表1為機(jī)架各表面承受壓力表。表2為有限元模型加載和約束情況概要。

圖2 機(jī)架底座約束

圖3 機(jī)架表面施加載荷情況

表1 機(jī)架各表面承受壓力表

表2 有限元模型加載和約束情況概要

3 計(jì)算結(jié)果

在對(duì)機(jī)架進(jìn)行約束和加載完成后，點(diǎn)擊Solution→Solve→CurrentLS進(jìn)行運(yùn)算，最終得出機(jī)架的應(yīng)力云圖和機(jī)架的位移云圖，如圖4，5所示。

圖4 機(jī)架應(yīng)力云圖

圖5 機(jī)架位移云圖

從圖4中可以得出機(jī)架最大應(yīng)力為67.911 MPa，遠(yuǎn)小于槽鋼的許用應(yīng)力215 MPa；從圖5中可以得出機(jī)架最大變形量為0.055 664 mm，變形量極小。因此可以看出，所設(shè)計(jì)機(jī)架完全可以承受整機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大載荷力，僅產(chǎn)生極小變形確保不變形。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)使用ANSYS軟件對(duì)氣流成網(wǎng)機(jī)機(jī)架進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析結(jié)果表明在最大負(fù)載工作過(guò)程中，機(jī)架的最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于槽鋼的許用應(yīng)力以及最大變形量，機(jī)架完全可以承受整機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大載荷力，并保證不變形。

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