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隔膜泵箱蓋強度有限元分析

發布於:2019-08-03 21:05
有限元分析

      由於隔膜泵進料閥箱結構的改進,要求通過對進料閥箱蓋進行打壓以得到聯接螺栓的預緊效果,因此對承受較高壓力的進料閥箱蓋就提出了一定的強度要求。在進料閥箱蓋的分析過程中,由於其結構的特點,模型在進行有限元分析網格劃分時對網格劃分密度有較高要求,既要保證內部承壓麵的網格密度和均勻性,又要保證總體網格數量不宜過多以免影響求解速度。
      進料閥箱蓋體材料為45號鋼,調質處理,其機械性能490 MPa,對進料閥箱蓋的計算隻考慮柱塞與蓋體密封腔內麵承受45 Mpa壓強工況,進行靜強度計算,為提高計算效率,根據進料閥箱蓋結構特點,以實體模型的1/4建立有限元模型,保留R2的圓角特征,采用實體單元solid45劃分網格。進料閥箱蓋與導管支架接觸麵施加X向約束,模型對稱麵施加對稱邊界條件,內部打壓腔表麵施加45 Mpa壓強。
      ANSYS網格劃分工具欄可進行下列操作:(1)控製Sizing水平;(2)設置單元尺寸控製;(3)指定單元形狀;(4)指定網格劃分類型(自由或映射);(5)對實體模型圖元劃分網格;(6)清除網格;(7)細化網格。對進料閥箱蓋的有限元模型設置整體網格尺寸為10 mm,加載處階梯孔及圓角處小尺寸特征麵設置網格尺寸為5 mm,生成單元共130515個,節點24606個。分析後結果顯示最大等效應力位於承壓密封腔內,可以看出,此時進料閥箱蓋模型的單元劃分效果並不是很好,出現最大應力處的單元不夠連續,存在一定的應力集中及應力歧義點,對整體模型的強度分析結果會造成一定程度的誤差。 
      Hypermesh作為傑出的有限元分析前後處理平台,擁有全麵的求解接口、強大的集合清理和網格劃分功能,能夠高效的建立各種複雜模型那個的有限元和有限差分模型,其實體幾何和實體網格劃分功能建立了六麵體和四麵體網格劃分功能的,本文僅從Hypermesh對進料閥箱蓋模型的網格劃分功能為例進行說明。對進料閥箱蓋的有限元模型設置整體網格最大尺寸為20 mm,加載處階梯孔及圓角處小尺寸特征麵設置最小網格尺寸為1 mm,采用TetraMesher四麵體網格自動劃分技術,軟件即可自動完成網格尺寸由大到小的過渡,無需人工幹預而創建高質量網格。模型共生成單元74759個,節點16216個。分析後結果顯示最大等效應力同樣位於承壓密封腔內,134孔內側止口R2圓角處,最大應力128.478 MPa、最大變形0.174 mm。
      采用Hypermesh劃分網格的分析模型,其分析結果與ANSYS直接劃分網格的分析結果相比較,應力僅相差0.960,變形相同,但網格質量顯然好很多,不再出現明顯的應力不連續及應力集中現象,並且總體單元數量減少了42.70,節點減少了34.10,計算速度得到明顯提高。因此,對於存在小尺寸特征或形狀複雜的分析模型,使用Hypermesh軟件劃分網格,不僅可以達到小尺寸特征處網格細化的目的,還同時降低了總體網格數量,並且能夠取代子模型分析技術,使分析結果更快速、準確。


                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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