卧螺离心机转鼓的应力应变有限元仿真分析.doc

卧螺离心机转鼓的应力应变有限元仿真分析
                               　　　
（１．长沙理工大学汽车与机械工程学院，湖南长沙　；２．湖南工程学院机械与电子工程系，湖南湘潭　）
    摘要：应用ｖｉｓｕａｌＮａｓｔｒａｎ有限元仿真软件对卧螺离心机转鼓虚拟样机模型在三种工况下进行应力应变仿真分析。得到了转鼓的最大应力和径向位移的分布情况，并在此基础上优化转鼓壁厚，减轻离心机质量，对离心机结构优化具有理论的指导意义。
    关键词：转鼓；应力应变仿真；转鼓壁厚；结构优化
    卧螺离心机［１］利用离心沉降原理对悬浮液进行固液分离。自１９５４年出现后，由于它具有单机处理能力大、操作方便、能连续自动操作、劳动强度低、占地面积少以及维护费用低等优点，而得到了迅速发展，广泛应用于石油、化工、冶金、医药、食品、轻工等部门；既可用于固体脱水和分级，也可用于液体的澄清。但沉渣含湿量一般较高，分离效果不好，结构较复杂，机器造价高。
    悬浮液的沉降、沉渣的输送和脱水都在转鼓中完成。因此转鼓部件是卧螺离心机的主要部件。转鼓的结构、材料、形状和参数在很大程度上决定了离心机的特点和工艺效果。不但关系到离心机的结构安全性问题，而且还关系到离心机的沉渣输送、分离效果。离心机的系列化是以转鼓的最大内直径为主要参数来制定的。随着离心机单机生产能力的提高，其设计正朝着转速更高，直径更大的方向发展。转鼓结构的应力应变问题更为突出。在解决应力应变问题的前题下，对转鼓组进行结构参数分析和优化，提高离心机的分离效果，减轻质量、降低成本对卧螺离心机来说，具有十分重要的工程实际意义［２］。
    但转鼓组结构复杂、受力与物料有关，有些结构必须考虑其变形量，是一个柔性多体系统。采用传统的解析法建立和求解方程都困难，只能进行理想化处理，所得结果不能真实反映离心机的工作特性。采用虚拟样机技术和有限元仿真方法优化其结构参数，为离心机提供有价值的理论参考，且研究时间短，具有一定的经济价值和社会价值。
    １　有限元仿真简介
    有限元仿真是一种工程分析技术，它实际上是用来对那些结构复杂且不存在精确解的结构进行仿真，这样的结构很难用传统的方法求解，而用有限元法则能够较容易地求解。在进行有限元分析时，通常假定复杂结构的力学行为能够近似地用那些构成它的单元来表示。现在，ｖｉｓｕａｌＮａｓｔｒａｎ有限元分析技术已经被广泛地应用于机械结构、流体工程等工程领域［３］。
    １．１　有限元仿真概述
    有限元分析通过利用单元的几何特性、物理属性、载荷作用和约束等计算节点上的特定的特征响应，如应力、位移或变形等。在应力分析中，这个响应就是节点的应力、应变或变形以及反作用力［３，４］。
    ｖｉｓｕａｌＮａｓｔｒａｎ系统采用当今最新的有限元分析技术以及最有力的有限分析工具ＭＳＣ／Ｎａｓｔｒａｎ，可直接对三维零件进行有限元分析。利用这种有限分析技术，实际上可以真实地模拟零件的载荷和约束条件，进行应力、变形、振动、热等的分析。
     ｖｉｓｕａｌＮａｓｔｒａｎ具有高度自动化的有限元分析功能，它完全是一种分析工具，它完全在具体的分析中自动应用有限元理论。它