方槽式振動拋光機(jī)有限元模型的建立

摘 要：方槽式振動拋光機(jī)建立模型分兩部分，第一部分是建立幾何模型。建立幾個模型相似一些建模分方法，但又和其他的方法存在著不同。在建立槽式槽體時是首先建立一些基本元素，然后在此基礎(chǔ)上生成高級元素。第二部分是建立有限元模型。建立有限元模型首先要選定單元類型，其次是要設(shè)置單元屬性，并定義材料屬性。

關(guān)鍵詞：方槽式振動拋光機(jī) 建摸 有限元模型

中圖分類號：TQ174 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0100-01

1 建模

為了保證槽體的整體性，使不同的單元可以很好的連接，本文主要運(yùn)用了自底而上，節(jié)點(diǎn)生成的單元直接建模法。根據(jù)槽式振動拋光機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立一半的模型在通過鏡像（Reflect），這樣就可以給分析帶來方便，進(jìn)而減少了工作量。在此過程中值得注意的是先鏡像節(jié)點(diǎn)再鏡像單元，而節(jié)點(diǎn)和單元的增量也要注意是相同的。本槽體的長為1950 mm，高為980 mm，寬為830 mm。槽式振動拋光機(jī)的模型如圖1。

2 單元的選擇

2.1 殼單元的選擇

殼單元是結(jié)構(gòu)分析中最常用的單元類型之一。當(dāng)構(gòu)件的兩個方向上的尺寸遠(yuǎn)大于另外一個方向的尺寸時，可以將這種三維構(gòu)件理想化為二維單元以提高計算效率。

采用殼單元的基本原則是每塊面板的表面尺寸不低于其厚度的十倍。淬圓柱面，r/t>10，是使用薄殼理論的常用準(zhǔn)則（r為圓環(huán)的半徑，t為圓環(huán)的厚度）[1]。

根據(jù)各種殼體單元的性質(zhì)，在槽式振動拋光機(jī)的建模過程中采用了薄殼單元shell63單元。

2.2 點(diǎn)質(zhì)量單元的選取

mass21點(diǎn)質(zhì)量單元，mass21是一個具有六個自由度的點(diǎn)元素，每個方向可以具有不同的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量[2]。本文采用mass21點(diǎn)質(zhì)量單元來代替振動電機(jī)的附加質(zhì)量。

2.3 彈簧-阻尼單元的選取

在有限元軟件ANSYS中，彈簧-阻尼單元combine 14單元具有1維～3維應(yīng)用中的軸向或扭轉(zhuǎn)的性能。扭轉(zhuǎn)的彈簧-阻尼器選項是一個純扭轉(zhuǎn)單元。它的每個節(jié)點(diǎn)具有3個自由度的：沿坐標(biāo)系x、y、z的旋轉(zhuǎn)，此時不能考慮彎曲或軸向力。軸向的彈簧-阻尼器選項是一維的拉伸或壓縮單元，它的每個節(jié)點(diǎn)具有3個自由度：沿坐標(biāo)系x，y，z的軸向移動，此時不能考慮扭轉(zhuǎn)或彎曲。橡膠彈簧可以用軸向彈簧-阻尼單元來模擬。根據(jù)彈簧-阻尼單元的特性及彈簧-阻尼單元沒有質(zhì)量，所以在本文中選擇combine 14單元。

3 材料特性的確定

在ANSYS中計算振動槽體的靜力及動力問題，需要先設(shè)置好材料的屬性和實(shí)常數(shù)根據(jù)設(shè)計資料，該槽式振動拋光機(jī)的材料屬性如表1所示。

下面列出了槽式振動拋光機(jī)各個單元的實(shí)常數(shù)：（1）槽體（shell 63板厚20 mm）（2）彈簧-阻尼單元（combine 14縱向剛度2×103 N/mm）（3）側(cè)面振動電機(jī)（兩個mass21重量168 kg）（4）底部振動電機(jī)（兩個mass21重量100 kg）（5）磨料（mass21重量800kg）

4 槽式振動拋光機(jī)有限元模型

實(shí)體建模完畢，需要對實(shí)體劃分網(wǎng)格生成有限元單元。ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。劃分網(wǎng)格一般包括以下步驟：指定單元屬性、網(wǎng)格大小、粗細(xì)控制、網(wǎng)格劃分單元形狀控制、指定劃分對象的類型、選擇待劃分對象。

在進(jìn)行ANSYS分析中，在模型的左右兩端及方槽的底部各建立相應(yīng)的單元類型。

然后需要對鏡像結(jié)果進(jìn)行NUMMRG操作，以合并重合的實(shí)體（特別是單元和節(jié)點(diǎn)）。Numbering Ctrls—Merge Items—分別對Node和Element進(jìn)行合并操作，誤差范圍可以用默認(rèn)值。如圖2為單元建模方法得到的振動拋光機(jī)有限元模型。

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