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热板温度场的有限元分析与优化

发布于:2017-11-14 21:17
有限元分析

      大型平板硫化机是输送带、传动带等制品硫化广泛采用的设备。硫化是橡胶制品生产的最后也是最重要的一道工序,硫化过程控制直接关系到产品的质量、能源消耗和生产效率等的改善。时间、温度和压力是硫化工艺过程中的三要素,时间和压力能够精确控制,但温度精确控制却很难,而热板的温度场分布状态与制品的硫化质量和生产效率密切相关。
      本研究通过Pro/EApp中的Mechanical模块,对平板硫化机热板进行温度场有限元分析,从而获得合理的热板结构,以期为解决橡胶制品硫化质量问题提供参考。
      本研究热板为电加热板,由热板及电热器等组成,如图所示。电热板在热板内有一排等距横向孔道,以便装入管形电阻加热器,为了安全,接电线部分装有罩盖。这种电热平板使用较方便,也可达到较高的温度,适用于无热源的地方。
      本研究采用Pro/E 5.0App建立CAD实体模型,加热孔间距相同,均为70 mm。
      由于热辐射分析是高度非线性的,会造成计算量成倍增大,从而降低求解效率,因此在边界处忽略了辐射换热的影响,只考虑对流换热边界条件(已知条件如下)。
      对所有孔道施加均匀稳态的热载荷((5 kW),设定四周边界条件:体表温度为均匀稳态(20℃),对流换热为均匀变化5 W (m2/K),上下边界条件:体表温度为均匀稳态(25℃),对流换热为均匀变化0.4 W (m2/K),设定材料为钢。
      热板的不均匀温度场会导致制品硫化强度不均匀叫,为获得更加合理的热板和胶料温度场分布,对热板孔间距进行优化。由于热板中央易产生热量积聚,因此增大中间部分孔间距,从左到右各孔编号依次为1-12。
      空间变化采用坐标函数表示:定义函数SpatialFunc 1,定义变量符号为:Y0,Y为300,600, 900和1200mm时,相应热载荷分别为1. 0,0. 7,0. 4,0. 7和1.0kW。
      前处理完毕后,系统检查边界条件的有效性,验证通过后进行有限元计算。
      对比温度场分析结果后,可进一步通过点查询功能查看胶料的温度分布状况。热板结构优化前,热板最高和最低温度分别为177和154℃,胶料最高和最低温度分别为177和164℃;热板结构优化后,热板最高和最低温度分别为296和270℃,胶料最高和最低温度分别为292和286℃。胶料温差由优化前的13℃降为6 0℃。
      由此可见,增大中间部分孔间距有利于胶料温度场均匀分布。
      本研究通过对平板硫化机热板温度场进行有限元分析得出结论:由于热板中央易产生热量积聚,因此中间部分孔间距应比两侧位置大一些。本研究阐述了利用Pro/EApp对平板硫化机热板进行有限元分析的基本步骤,为此类机械产品的分析计算提供了一种可行的解决方案,对解决制品硫化质量问题具有参考意义。



                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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