開煉機輥筒的有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的提高，橡塑產(chǎn)品在日常生活中的使用率越來越高。特別是汽車工業(yè)的快速發(fā)展促進了輪胎產(chǎn)業(yè)壯大，為橡塑機械的快速發(fā)展創(chuàng)造了契機。輥筒作為開煉機的主要工作元件以及承載力最大的元件，它的安全可靠的運轉(zhuǎn)對整個煉膠過程有著重要的作用?；陂_煉機在化工企業(yè)中應(yīng)用的廣泛、數(shù)量的龐大，針對開煉機輥筒的有限元分析及其優(yōu)化設(shè)計，達到降低質(zhì)量，節(jié)約輥筒材料和電能消耗的目的，將為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，符合國家節(jié)能減排的發(fā)展政策。<

2、br>　　 本課題以一個典型的φ550×1600型開煉機輥筒為研究對象，在數(shù)值模擬仿真軟件ANSYS平臺上對輥筒進行有限元分析。首先對輥筒進行了溫度場分析，通過穩(wěn)態(tài)溫度場分析可以得知輥筒的溫度及其熱應(yīng)力分布情況，其熱應(yīng)力分布沿著輥筒徑向由大變小再變大，并且輥筒內(nèi)部受拉應(yīng)力影響，而外壁受到壓應(yīng)力的影響。通過瞬態(tài)溫度分析可以得知輥筒溫度變化情況以及其熱應(yīng)力移動趨勢，經(jīng)分析可得輥筒的熱應(yīng)力首先集中在軸頭處，隨著時間推移逐漸移動到輥筒內(nèi)壁上，

3、到達穩(wěn)定狀態(tài)時與穩(wěn)態(tài)分布相似。
　　 其次，為準確的分析輥筒的受力情況，需要對輥筒進行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，分析在機械應(yīng)力與熱應(yīng)力同時作用下輥筒的應(yīng)力和應(yīng)變。通過耦合分析可以得到輥筒工作區(qū)間上的最大應(yīng)力值為15.8MPa，最大應(yīng)變?yōu)?.139E-03m，將最大應(yīng)力與應(yīng)變與輥簡材料的許用應(yīng)力和許用撓度比較可以得知輥筒還有很多的優(yōu)化空間，且定義兩者為優(yōu)化設(shè)計的狀態(tài)變量。
　　 再次，在耦合分析的基礎(chǔ)上建立以輥筒內(nèi)徑為設(shè)計變量，輥

4、筒體積為目標函數(shù)，應(yīng)力和撓度為約束條件的優(yōu)化分析數(shù)學模型，通過ANSYS的參數(shù)化語言實現(xiàn)輥筒的優(yōu)化設(shè)計，求得一組優(yōu)化最優(yōu)解，優(yōu)化后的輥筒能夠節(jié)約鑄鐵材料0.09862m3，使體積減少28.87％，重量減輕725kg，優(yōu)化效果顯著。利用ANSYS中的可靠性分析模塊，對優(yōu)化模型進行了可靠性驗證，分析指出當抽樣次數(shù)為200，置信度為95％時，撓度和應(yīng)力的失效率分別為0.79％和17.27％，當抽樣次數(shù)增加，可靠度會相應(yīng)提高。
　　 總