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有限元分析在离心机转鼓强度分析中的应用

发布于:2016-06-29 22:26
强度分析

      离心机转鼓是离心机的重要部件之一,其机械结构和承载工况都比较复杂。国内外离心机强度标准中一般只给出简单结构转鼓壁的薄膜应力的计算规定,而对于鼓壁开孔或带有加强箍转鼓结构、形状较为复杂的结构,都无法用求出其准确的应力值,而用试验方法测量应力对高速回转元件也比较困难。一般方法是采用的应变片本身具有一定的尺寸,用它们测出的应力实际上是某个应变片覆盖面积上的平均应力,在应力梯度较大的部位上,如一般在应力集中和存在边缘应力的位置,准确测量变得非常困难。强度分析是解决这些问题的最为有效的手段。因此,我国及许多国家的离心机强度标准中都推荐采用有限元的方法。
      本研究以高速管式离心机与三足离心机转鼓应力分析为例,就转鼓组件的有限元分析模型建立所涉及的诸多问题、计算结果的分析评定等问题进行了较为详细的论述。
      有限元分析人员不仅需要具有扎实的力学和有限元常识,任何细节的忽略可能会带来很大的误差甚至造成谬误。工程上面对一个需要分析的零部件,如何将它从其复杂的工作环境中抽象出来,如何在保证对零部件的有效简化模拟,进行简化模型而不影响结果的计算精度,网格细化到什么程度才能使模型的分析结果接近或收敛到正确的结果等等,这一系列问题必须认真考虑。
      我国许多学者采用有限元方法对离心机转鼓进行了应力分析,这些分析涵盖了三足吊袋离心机、三足离心机(上卸料和下卸料)、带加强箍的上悬离心机、普通刮刀离心机、虹吸刮刀离心机及卧式螺旋卸料离心机等多种机型,得出了非常多有价值的结果。但是,由于受到当时计算机计算速度和容量等条件的限制,有限元分析都较为简单。突出的表现为网格划分比较粗大,结构不连续位置处理不恰当,这势必对计算结果以及由计算结果得出的结论造成重大影响。将转鼓开孔圆周分割成9份,对其进行了有限元应力分析,并得出开孔位置的最大主应力等值线,如图所示。类似结构的分析表明,分成9份网格过于粗大,其结果也不够精确。
      对于沉降式离心机,其转鼓结构、承载和约束条件一般都对称于旋转轴,因此可以用轴对称模型加以模拟。而对于鼓壁上开孔和开槽的过滤式离心机转鼓,则需要用实体单元采用三维模型进行模拟。
      在又可能出现应力集中的部位、转鼓壁或拟定的重点考察位置网格应适当细化,使之能以较高的精度得到这些位置的应力。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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