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搅拌筒的实体建模

点击数: 更新时间:2017-01-04 11:00:59

  由于搅拌筒是一个绕轴旋转的实体,且形状和受力都是对称的,在ANSYS中可通过设置参数来对对称实体模型进行局部分析,这样可节省建模时间,简化分析难度,因此下面的分析就只对一半模型进行分析。最后可利用对称性看到完整的分析图形。 (1)设置单元选项。在ANSYS 11.0中,设计置单元类型。执行Utility Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令,弹出[Element Type]对话框。单击Add按钮,弹出如图2.6对话框。选择“Structural Shell”和“4node181”选项,单击OK键。 图2.6单元设置对话框 (2)壳体厚度设置。执行Utility Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令,弹出对话框,单击Add,再单击OK,弹出如图2.7对话框,输入厚度6,单击OK完成单元设置。 图2.7壳体厚度设置 (3)设置材料属性。执行Utility Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令,弹出对话框如图2.8所示,单击Structural→Linear→Elastic→Isotropic后,按顺序输入材料 16Mn“弹性模量2.le11”和“泊松比0.27”,然后单击OK完成设置。 图2.8材料属性设置 (4)生成关键点。选搅拌筒的前锥小端圆心为坐标原点,x轴沿着拌筒的旋转中心线朝着后锥的方向为正,建立坐标系,将筒体在x轴上半边横截面上所有点的坐标求出,然后再ANSYS中绘制这些点。执行Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Key points→Inactive CS命令,弹出图2.9对话框。逐个将点输入后,单击OK按钮,生成如图2.10所示的关键点。 图2.9创建关键点 图2.10生成关建点 (5)生成旋转线段。将这些点按筒体外形绘出要旋转的实体截面线段,执行Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Lines→Lines Straight Line命令,然后单击OK按钮,依次选择要连接的线段,得到如图2.11所示的模 图 2.11 创建旋转线段 (6)生成实体模型。执行Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Extrude→Lines→About Axis命令,然后选择要旋转的线段,之后选择旋转轴线,输入180,单击OK按钮,得搅拌筒的半个实体模型图如图2.12所示。 图 2.12 搅拌筒半边实体模型 (7)模型完善。然后分别按前面的步骤,分别建立搅拌筒封头法兰盘、后锥的环形轨道、支撑托轮以及搅拌筒斜置时的混凝土水平线,如图2.13所示。 图 2.13 加混凝土水平线的实体模型 2.网格划分的设置 (1)设置单元大小。本文设计时,由于搅拌筒结构比较简单,而且按壳单元分析,故采用四边形单元格式,自由划分网格,由于某些地方的不规则,故会出现少量的三角形单元。先执行Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size→Cntrls→Manual Size→Global→Size命令,弹出如图2.14对话框,然后输入单元大小为0.05,单击OK,完成单元大小的设置。 图 2.14 设置单元大小 (2)自由划分网格。执行Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free命令,弹出对话框,然后单击Pick All按钮,完成自动划分网格的设置,如图2.15所示。 图 2.15 网格划分结果 3.添加边界条件 在实际的应用中,搅拌筒是通过前锥段封头法兰盘和后锥段上的滚道与底盘上前端的法兰盘和后端与滚道相接触的两个托轮,三点固定的。其中,底盘法兰是与减速器相连,为了防止产生不必要的应力,通常把减速器设计成可以在X轴、Z轴方向作轻微的转动(一般范围为士4o),从而增加对力外的缓冲,也就是说,在法兰上只限制X、Y、Z方向的位移和X方向的转动。 (1)先在ANSYS中选择拌筒法兰上的所有节点,然后执行Main Menu→Solution→Define Load→Apply→Structural→Displacement→On Nodes命令,弹出对话框如图2.16所示,进行边界设置,完成后单击OK按钮,边界添加完成,如图2.17所示。 图2.16法兰边界设置 图2.17法兰边界设置完成 (2)对于两个托轮则只是限制搅拌筒在Y、Z方向上的位移和转动,对X方向的位移和转动则没有限制。在ANSYS中选择两个托轮上的所有节点执行Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Nodes命令,弹出如图2.18所示对话框,对边界进行设置,完成后单击OK按钮,边界添加完成,如图2.19所示。 图2.18托轮边界设置 图2.19托轮边界设置完成 (3)由于分析的是搅拌筒半边模型,故需要在搅拌筒的周边截面上加上一个对称约束,执行 Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Structural→ Displacement→Symmetry B.C→On Areas命令,弹出对话框,依次选择截面后单击OK,完成对称约束的添加,如图2.20所示 图2.20添加对称载荷 4.施加载荷 (1)载荷的计算 由于搅拌筒的受力很复杂,为了能够了解受力最大时刻的应力分布及变形情况,并且在分析结果的精度要求不高的情况下,可以把混凝土因重量而对搅拌筒产生的压力分为前锥、中间圆柱段、后锥三段来分别施加加载。 三段载荷的计算如下,已知:后锥2.67m,M=6533.4Kg;圆柱段3.56m,M=8733.9Kg;前锥2.34m,M=5733.4Kg;搅拌筒的斜置角为13º;搅拌筒部分自身的重力也可利用Pro/e,绘制实体测出,3793.6N;387lN;=2787.1N;g=9.8N/Kg。 由此可得出: =6533.49.8eos13º=62386.3N =8733.99.8cosl3º=83398.5N =5733.49.8eosl3º=54747.2N (2)搅拌筒斜置时,混凝土水平面将搅拌筒分成上、下两个部分,前、后锥直接选用表面力添加到内表面的下半部分,先选择后锥下表面上的所有节点,然后执行 Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Structural→pressure→On Nodes命令,弹出对话框,单击 Pick All按钮,弹出如图2.21所示对话框,然后输入-62386.3,单击OK按钮,载荷加载完成,如图2.22所示。 图 2.21 后锥载荷输入 图 2.22 后锥载荷加载完成 同理,分别加载前锥和圆柱段的载荷如下图2.23和2.24所示。 图 2.23 圆柱段载荷加载 图2.24后锥段载荷加载 (3)由于搅拌筒斜置,使得每段筒体在搅拌筒前锥端盖面和法兰面上,产生一个力重力的分力F’,按上述同样的方法,将它加载端盖和法兰面上,如2.25和2.26所示。 图 2.25 载荷输入 图2.26端盖法兰加载完成 (4)由于搅拌筒具有自重,在加上是斜置在底盘上,故自重会对前段和圆柱段下半部分产生较大的作用力,而后锥自重影响较小,可忽略。分别选用前段和圆柱段的下半部分上所有的节点,将重力加载上,如图2.27所示。 图2.27自重加载完成 5.求解 (l)执行 Utility Menu→Select→Everything命令,使整体模型选中进行计算。接着执行 Main Menu→Solution→Slove→Current LS命令,单击OK,直到出现Slove is done后,再单击close按钮,计算完毕后保存结果。 (2)查看变形图。执行 Main Menu→General post Proe→Plot Results→Deformed Shape命令,弹出如图2.28所示对话框,在“Def+undeformed”选项前加点,单击OK选项,得到变形图如图2.29所示。 图2.28设置变形图对话框 图2.29 节点变形图 (3)查看应力和位移云图。执行 Main Menu→General postproe→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu命令,弹出如图2.30所示对话框,然后分别选“Nodal Solution”和“Stress”中选项,单击OK,可得到节点位移图云图和应力云图,如图2.31和2.32所示。在ANSYS分析过程中,设计者可根据设计要求的不同,分别查看需要的变形或应力变化图。 图2.30设置位移和应力云图对话框 图2.31 节点位移云图 图 2.32 节点的应力云图 通过变形图2.29可看出,搅拌筒在前锥和圆柱段的下半部分变形较为严重些,故这里的选材应适当加厚些;由图2.31可看出,搅拌筒圆柱段的底部和后锥段的上部变形位移比较大些;由图2.32看出,变形部分的应力和支撑点附近的应力比较大些。
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