【分　 类】 化工与理学
【关 键 词】 ANSYS,磨机,有限元分析,边条
【来 　源】 互联网
【收　 录】 中文学术期刊网

正文：
摘要  在使用ANSYS对磨机筒体部的强度及变形进行有限元分析时，对中空轴轴瓦支承处不同的边条施加方法进行了分析探讨，对仿真分析结果进行了对比分析，最终确定了最优的边条施加方案。
关键词  ANSYS,磨机,有限元分析,边条
Research on Application Method of Boundary Conditions in Mill Shell FEA Analysis
Abstract: When strength and deflection FEA analysis is conducted on mill shell by using ANSYS, the optimum application method of boundary conditions has been fixed finally by means of analysis and research on different application methods of boundary conditions at supporting places of trunnion bearing bush and comparative analysis on simulation analysis result.
Keywords:ANSYS, mill, FEA, boundary conditions
 
0引言
磨机在矿业工程中的应用非常广泛，但是对其分析研究一直停留在传统粗略的方法上，如果采用有限元分析法对磨机筒体部的强度进行分析，则能精确快速地确定其关键位置的应力形式和载荷分布，以确定结构设计方案的最优选择或者为故障发生的根本原因提供有力的辅助分析资料。
本论文使用ANSYS 11.0对半自磨机的筒体部进行强度及变形分析。在有限元分析中边界条件对分析结果的影响很大，边界条件的处理正确与否直接关系到结果的正确性、合理性^[1]。
1模型
磨机筒体部部分是由两个截锥形的端盖、两截筒体及连接在筒体上的大齿轮组成，端盖与筒体、齿轮与筒体通过焊接在筒体上的法兰用螺栓连接在一起，筒体通过中空轴轴颈支撑在两个静压滑动轴承上。
 

图1 分析模型示意图

分析用模型在Inventor R11.0中建成，然后导入ANSYS 中进行后续处理。因为此分析为静态结构分析，筒体部结构及受载又具有对称性（无人孔门），故对整个模型沿轴切面剖分的二分之一模型进行分析。在建立分析模型时没有建立衬板、螺栓等模型，这是因为衬板截面形状复杂，难以建立与实际相符的模型；而螺栓数目很多，如果建模时全部考虑则大大增加模型的复杂程度，浪费计算机资源^[2]，故这里将筒体和端盖的衬板、螺栓等特征按非结构质量处理，把他们的重量按等效密度施加到相应的筒体及端盖单元上。仿真分析模型如图1所示。

图2 模型网格划分示意图

模型网格划分采用三维实体单元SOLID45，SOLID45一般用于实体结构模型，有8个节点，每个节点有x、y、z三个方向的自由度。为了更好地模拟所有易产生应力集中的区域，圆角及焊缝区等关键区网格划分较细，而非关键区域则可适当粗大（如齿轮）；而且所有单元沿圆周方向梯度变化。模型网格划分情况如图2所示。2负载
在磨机运转过程中由矿石、矿浆和钢球等作用于磨机上的负荷是动态变化的，必须进行适当简化。此处所讨论的问题是磨机在静止满载状态下的情况，在考虑物料及钢球载荷作用时，是按照流体介质静压力施加在筒体和端盖的内表面上，类似于水压力。对于此磨机按有效容积为30％计算，相应的“液面”距中心平面高度h为2131mm且“液面”水平。
3边界条件
对于磨机筒体部的约束是长时间让分析工程师困惑的问题，由边条的不同仿真分析所产生的结果有很大的差异，甚至影响其正确性。此处对三种边条施加方法分别加以讨论。
 

图3 边条1施加示意图

（1）在两端轴瓦支撑处各建立一个薄软垫来模拟油膜，然后对一端的薄垫外表面施加固定约束，另一薄垫外表面施加简支约束。这种方法有一个缺陷就是薄软垫的厚薄软硬对分析结果影响很大，因为筒体受载整体会产生明显变形，薄软垫太薄太硬容易引起过约束从而产生局部应力集中；而薄软垫太厚太软又会影响总变形量，这个度较难把握。边条施加情况如图3所示。

图4 边条2施加示意图

（2）经过长时间的摸索思考，本人使用了一个替代办法，即不去建立薄软垫模型，而直接在轴颈的轴瓦相应位置施加工作油压，在轴颈的中间建一节点并对其进行全自由度约束，用杆单元将此节点与轴颈上相应圆周位置节点连接起来。因为杆单元的硬度可以设置得较软，所以对分析筒体的过约束作用大大降低，相较第一种约束方法结果有了很大改善。边条施加情况如图4所示。（3）用梁代替杆。经过仔细分析第二种方法的结果发现,在轴颈内部与杆单元相连接的节点处仍然不同程度地存在过约束现象，产生了附加拉、压应力。试着用一根柔性梁来替代很多的柔性杆，发现进一步减弱了由过约束所产生的附加应力，变形更接近真实的工况，仿真效果很好。边条施加情况如图5所示。
4分析结果及对比
 

图7 筒体部竖直方向变形图

图5 边条3施加示意图

 1/2    1 2 下一页 尾页