1、環(huán)模受力分析
如圖1所示,在環(huán)模與壓輥所組成的制粒系統(tǒng)


2、環(huán)模的有限元分析
2.1環(huán)模有限元模型的建立
考慮到所用計算機的配置及計算時間等因素,取環(huán)模的1/4作為研究對象,利用PROE軟件建立環(huán)模的1/4模型,然后將其倒入到Ansys軟件進行分析。
2.2單元形式的選取及網格劃分
由于環(huán)模多孔的特性,采用六面體單元時,在孔與孔之間的部分分網難度大,所以采用10節(jié)點的四面體單元(solid92)。
分網精度依據(jù)分析對象的受載,結構的尺寸和復雜程度來確定.環(huán)模的結構較為復雜,在高精度的情況下,對計算機內存的要求甚高,本研究取8級精度,采用智能(smart size)分網功能進行網格的劃分,劃分情況如圖2所示。
2.3施加載荷及邊界條件
在制粒的過程中,環(huán)模上所受的力除了作用在環(huán)模內壁上的壓力外,還有作用在?變缺谏系哪Σ亮,在本研究的分析過程中,為了簡化分析難度,忽略了?變缺谏系哪Σ亮,而通過前述的公式,運用能量守恒的原理,將摩擦力換算為環(huán)模內壁受到的壓力。
從環(huán)模的受力圖中可以看出,環(huán)模在直徑方向上受到對稱壓力的作用,當以顆粒機環(huán)模的受壓處為起點截取1/4環(huán)模后,在起點截面(現(xiàn)假設為豎直面)的兩邊,環(huán)模受到相同方向的壓力作用.而對于所截取的1/4環(huán)模的另一截面(即水平截面)來說,其左右兩邊的部分則受到方向相反的拉力作用.所以,為了能準確模擬環(huán)模的實際工況,在圖3所示的水平截面內施加反對稱邊界條件,在豎直的截面內施加對稱邊界條件。
環(huán)模所受的壓輥的壓力沿豎直方向施加。由于已將?變缺谏系哪Σ亮Q算為壓輥對環(huán)模的壓力,所以,只在豎直截面上孔與孔之間的部分施加載荷,然而,在環(huán)模內壁與豎直截面的交線上施加豎直向上的均布載荷比較困難,因此,為了簡化分析的過程,在豎直面截與環(huán)模壓帶部分相交所得邊線上的每個節(jié)點上,施加大小為275 N(11000/40,共40個節(jié)點)的集中載荷,如圖3所示。

3、結果與分析
經過求解后,可以得到環(huán)模的變形圖和環(huán)模內部各點的應力等值線圖,如圖4、圖5所示.從圖4中的環(huán)模變形可以看出,環(huán)模不僅在水平截面上受到拉應力的作用,同時還承受彎曲應力的作用,完全符合環(huán)模實際工況和環(huán)模設計計算中的假設。
從環(huán)模內部各點的應力等值線圖中可以看出,環(huán)模內的應力分布比較均勻,在大部分區(qū)域內環(huán)模所受的應力小于21.2 MPa。
環(huán)模受到的最大應力為190 MPa,產生在集中力的加載處.而在實際的制粒過程中,力并不是以集中形式施加到環(huán)模上的,可以判斷,在正常的制粒過程中,環(huán)模所受的最大應力不大于190 MPa,小于材料的屈服強度345 MPa。
同時,從應力等值線圖中還可以看出.環(huán)模水平截面上的應力較大,最大應力在127 MPa到148MPa之間,這主要是由于環(huán)模在此面上同時受到拉應力和彎曲應力的共同作用,在制粒的過程中,隨環(huán)模的旋轉,環(huán)模的受力點也會在環(huán)模的內壁上沿周向移動,也就是說,在環(huán)模旋轉一周的過程中,環(huán)模的任意截面都會受到2次這種交變應力的作用。

4、小結
從以上的分析中可以看出,環(huán)模受到的最大應力為190 MPa,小于材料的屈服極限,這就說明采用傳統(tǒng)設計方法設計的環(huán)模的結構強度滿足使用的要求.然而在實際制粒的過程中,環(huán)模內壁的磨損量比較大,環(huán)模的壁厚會不斷減薄,進而導致環(huán)模結構強度的減弱.所以,在環(huán)模的設計過程中,不僅要考慮結構強度,還要考慮環(huán)模所用材料的耐磨性.同時,環(huán)模在旋轉的過程中,其內部受到較大的交變應力的作用,當環(huán)模的壁厚減薄,結構強度減弱時,環(huán)模疲勞失效的幾率會有所增加。
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