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隔膜泵箱盖强度有限元分析

发布于:2019-08-03 21:05
有限元分析

      由于隔膜泵进料阀箱结构的改进,要求通过对进料阀箱盖进行打压以得到联接螺栓的预紧效果,因此对承受较高压力的进料阀箱盖就提出了一定的强度要求。在进料阀箱盖的分析过程中,由于其结构的特点,模型在进行有限元分析网格划分时对网格划分密度有较高要求,既要保证内部承压面的网格密度和均匀性,又要保证总体网格数量不宜过多以免影响求解速度。
      进料阀箱盖体材料为45号钢,调质处理,其机械性能490 MPa,对进料阀箱盖的计算只考虑柱塞与盖体密封腔内面承受45 Mpa压强工况,进行静强度计算,为提高计算效率,根据进料阀箱盖结构特点,以实体模型的1/4建立有限元模型,保留R2的圆角特征,采用实体单元solid45划分网格。进料阀箱盖与导管支架接触面施加X向约束,模型对称面施加对称边界条件,内部打压腔表面施加45 Mpa压强。
      ANSYS网格划分工具栏可进行下列操作:(1)控制Sizing水平;(2)设置单元尺寸控制;(3)指定单元形状;(4)指定网格划分类型(自由或映射);(5)对实体模型图元划分网格;(6)清除网格;(7)细化网格。对进料阀箱盖的有限元模型设置整体网格尺寸为10 mm,加载处阶梯孔及圆角处小尺寸特征面设置网格尺寸为5 mm,生成单元共130515个,节点24606个。分析后结果显示最大等效应力位于承压密封腔内,可以看出,此时进料阀箱盖模型的单元划分效果并不是很好,出现最大应力处的单元不够连续,存在一定的应力集中及应力歧义点,对整体模型的强度分析结果会造成一定程度的误差。 
      Hypermesh作为杰出的有限元分析前后处理平台,拥有全面的求解接口、强大的集合清理和网格划分功能,能够高效的建立各种复杂模型那个的有限元和有限差分模型,其实体几何和实体网格划分功能建立了六面体和四面体网格划分功能的,本文仅从Hypermesh对进料阀箱盖模型的网格划分功能为例进行说明。对进料阀箱盖的有限元模型设置整体网格最大尺寸为20 mm,加载处阶梯孔及圆角处小尺寸特征面设置最小网格尺寸为1 mm,采用TetraMesher四面体网格自动划分技术,App即可自动完成网格尺寸由大到小的过渡,无需人工干预而创建高质量网格。模型共生成单元74759个,节点16216个。分析后结果显示最大等效应力同样位于承压密封腔内,134孔内侧止口R2圆角处,最大应力128.478 MPa、最大变形0.174 mm。
      采用Hypermesh划分网格的分析模型,其分析结果与ANSYS直接划分网格的分析结果相比较,应力仅相差0.960,变形相同,但网格质量显然好很多,不再出现明显的应力不连续及应力集中现象,并且总体单元数量减少了42.70,节点减少了34.10,计算速度得到明显提高。因此,对于存在小尺寸特征或形状复杂的分析模型,使用HypermeshApp划分网格,不仅可以达到小尺寸特征处网格细化的目的,还同时降低了总体网格数量,并且能够取代子模型分析技术,使分析结果更快速、准确。


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