秸秆揉碎机抛送叶轮应力应变分析与优化设计

发布时间：2019-11-26 03:09

【摘要】：叶片式抛送装置抛送物料的过程中,作为主要工作部件的抛送叶轮的应力应变直接影响整个叶片式抛送装置的强度及寿命。以秸秆揉碎机抛送装置中的抛送叶轮为研究对象,基于ANSYS Workbench对影响叶轮强度特性的应力应变进行分析,并利用响应面法对其进行了优化设计。研究表明:叶片厚度对等效应力、总变形量及叶轮质量的影响最大,架板厚度次之,架板半径最小;优化后叶轮最大等效应力下降,总变形量减小,叶轮质量减小。该研究可为叶轮结优化设计和改善抛送装置工作性能提供参考。
【图文】：

首先利用三维建模软件Pro/E建立抛送装置实体模型，其中抛送叶轮需采用参数化建模，以便在结构优化中实现CAD数据的变量延拓至有限元模型。然后将抛送装置腔体实体模型导入Gambit中进行流道网格的划分，采用混合网格并控制网格尺寸在（8~10）mm左右，流体旋转区域网格细化，流道网格数为687533。结构网格划分物理环境为Mechanical，关联中心缺省值粗糙，平滑度为中等，粗糙过度，细化网格划分处理叶轮几何物理量变化大的部位[7]，抛送叶轮结构网格数为27825。（a）流道区域网格（b）叶轮结构网格图1流体与结构网格Fig.1FluidandStructureGrid2.2抛送装置内部流场数值计算采用计算流体力学软件FLUENT对叶片式抛送装置内气固两相流场进行数值计算，获得物料和空气流对抛送叶轮的压力分布。抛送装置内流场计算区域分为叶轮旋转区域和非旋转区域，叶轮旋转区域设在动坐标系，转速为2800r/min，非旋转区域设在固定坐标系。根据工况设定边界条件。叶片式抛送装置工作时内部流场为物料和气流两相流场，所以采用Eulerian两相流模型进行数值模拟。选用有限体积法离散控制方程，湍流模型选用标准κ-ε两方程模型，，数值计算选用SIMPLE算法。计算区域入口设为速度入口，物料与气流速度均为15m/s，出口设定标准大气条件为压力边界值。2.3基于流固耦合的静力学计算流固耦合主要研究固体在流场作用下的变形以及变形的固体对流场的反作用[8]。相对抛送装置内部流场，抛送叶轮在流场中的变形微小，可忽略抛送叶轮变形后对流场的反作用，采用单向流固耦合的方法求解。抛送叶轮材料为Q235钢，定义模型参数为：弹性模量（2.06×1011）Pa，泊松比0.3，密度为7.85×103kg·m-3。叶轮的工作时为旋转状态，需要约

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本文编号：2565987