离心机转鼓有限元应力分析
王俊山
(山西综合职业技术学院 太原 030013)
【摘要】这里用 VisualNastran 4D2002有限元分析软件对离心机转鼓进行了应力分析，较方便地找出了危险点所在的部位，通过对危险点所在的部位进行局布加强，并用有限元分析软件进行应力计算和校核。
关键词：离心机；转鼓；有限元；应力
前言
离心机转鼓是离心机的重要部件。转鼓自身因高速旋转（其工作转速通常在每分钟几百转至每分钟几万转之间）受到了离心力的作用，在离心力作用下转鼓筒体内会产生很大的工作应力。一旦发生强度破坏必将产生极大的危害，尤其是有时由于应力过高发生 “崩裂”，常会引起严重人身伤害事故。但因离心机转鼓结构较为复杂，用传统的强度设计计算方法 S%& (T，对转鼓各部位的应力往往得不到正确的估价，从而影响了离心机转鼓使用的安全性；用传统的有限元分析软件对离心机转鼓进行应力分析时，常将离心机转鼓简化为平面问题或轴对称问题，虽然较好地解决了应力计算的问题 S*& -T，但在建立模型和划分单元网格时仍费时费力，实用性较差。这里使用集成有VisualNastran 4D2002 有限元分析软件的 DG3/MJMNJ 软件，在传统强度设计计算的基础上，用 DG3/MJMNJ 软件建立三维模型，用VisualNastran 4D2002有限元分析软件进行应力的有限元分析，既方便快捷，又能较为准确地确定各部位的应力值。较好地解决了离心机转鼓设计的安全性和经济性的问题。
2. 离心机转鼓应力的有限元分析
2.1 转鼓结构
如图1所示为某公司根据转鼓设计规范，为 DD,)) 型某三足式离心机设计的转鼓结构图。
2．2模型的建立
在对转鼓进行应力分析时，将转鼓简化为一个无孔的整体转鼓进行考虑。转鼓的结构尺寸相对于离心机转轴对称，其受力也相对于离心机转轴对称。转鼓的受力如图2所示。
在转鼓筒体的内侧。作用有均匀分布的载荷P，其载荷的来源包括由转鼓自身质量引起的离心压力P-、由筛网质量引起的离心压力p2和由物料质量引起的离心压力p3。
在与物料接触的挡液板、转鼓底上作用有按抛物线分布的由物料质量的离心力引起的压力q。
转鼓底轴孔与主轴的配合，按配合均匀并有微量过盈。其配合表面作用有均布载荷P 。
2．3原始数据的确定
根据转鼓的结构参数、工作参数和材料性质，其原始数据确定如下：
2．4有限元分析
根据转鼓的结构尺寸。用Solidedge建立三维立体模型，并用VisualNastran 4D2002有限元分析软件进行了应力分析。网格由计算机自动划分，共9457个节点，4791个单元，其网格划分和应力分布如图3(原图为彩色显示)所示。
分析结果表明。最大应力出现在转鼓筒体与挡液板的联接的内侧表面。其应力值为297MPa。显然在转鼓筒体与挡液板的联接处是不能满足设计要求的(设计要求的许用应力为148．595 MPa)。
2．5结构尺寸的修正
针对上述强度不足的情况，对转鼓筒体与挡液板的联接处进行了局布加强，如图4所示，并用有限元分析软件重新进行了应力分析。共8663个节点，4410个单元，其网格划分和应力分布如图5(原图为彩色显示)所示。分析结果表明，最大应力主要出现在没有加强箍的转鼓筒体处，其应力值为115MPa。考虑开孔对转鼓强度的削弱，引入开孔影响系数f(f=1．25)f5]后的应力为：
115×1．25=143．75MPa，小于设计要求的许用应力，满足了设计的要求。
3 结论
(1)有限元分析的应力分布状况与理论分析的应力分布状况基本趋势是一致的，但应力值偏小，说明其精确性较高。
(2)Solidedge和VisualNastran 4D2002集成功能使得用Solidedge建立的三维实体模型，可直接用VisualNastran 4D2002有限元分析软件进行应力的有限元分析，既方便快捷，又能较为准确地确定各部位的应力值。这为复杂结构的零件的应力计算和进一步的结构修正均提供了很大方便。
参考文献
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