基于ANSYS的氣流成網機機架靜力學分析

王 莉 ，李丹丹 ，楊建成

（1.天津工業大學機械工程學院，天津 300387；2.天津市現代機電裝備技術重點實驗室，天津 300387）

0 前言

氣流成網非織造布的全球產量在20世紀90年代迅速增長，隨著非織造布需求的不斷增長，相應的氣流成網非織造布生產技術也得到了長足發展，相應的氣流成網設備生產和研發顯得尤為重要。近年來，我國也自行開發了一些非織造布生產設備，而對于氣流成網設備機構靜力學分析是設備研發的基礎和關鍵。為了保證氣流成網機在運動過程中平穩運行，所以對機架進行ANSYS靜力學分析將為整機的研制奠定堅實的理論基礎和仿真基礎，并為機架的材料屬性選擇提供了理論依據。

1 氣流成網機機架模型建立以及參數設置

氣流成網機模型如圖1所示，其機架是由角鋼、槽鋼和鋼板焊接而成，主要承重處為槽鋼和鋼板表面，三維建模時可將機架建成為一個整體。

圖1 氣流成網機的三維實體模型

將Pro/E中已經建好的模型導入到ANSYS軟件中。氣流成網機的實體模型的幾何形狀確定之后，由邊界條件來決定網格，即每一線段要分成幾個元素或元素的尺寸是多大。決定了每邊元素數目或尺寸大小之后，ANSYS的內部程序就能自動進行網格的劃分，即自動產生節點和元素，并同時完成有限元模型的分析[1-4]。

根據氣流成網機機架的結構特點，本次模型采用實體單元，即Structural Mess Solid Tet10node 187.機架采用的材料是Q235碳素結構鋼，楊氏模量為E=2.06 × 1011Pa，泊松比 μ =0.3，密度為 ρ=7 850 kg/m3，材料線膨脹系數為α=1.22×10-5（1/℃）。ANSYS具有很強的網格劃分功能，其將智能網格劃分水平分為10級，級數越低其劃分的越精細，為了保證更加的精確的分析機架的受力情況，所以本次網格劃分等級選用1級。

2 機架約束及載荷的確定

氣流成網機中的機架在工作過程中是固定不動的，支撐在地面上，如圖2所示機架4個底座的自由度全部被約束；由于機架的主要承重處為槽鋼和鋼板表面，為了了解機架在承受靜態載荷時，其應力應變的情況，所以在主要承重處施加載荷，圖3為機架各表面施加載荷之后的效果圖。表1為機架各表面承受壓力表。表2為有限元模型加載和約束情況概要。

圖2 機架底座約束

圖3 機架表面施加載荷情況

表1 機架各表面承受壓力表

表2 有限元模型加載和約束情況概要

3 計算結果

在對機架進行約束和加載完成后，點擊Solution→Solve→CurrentLS進行運算，最終得出機架的應力云圖和機架的位移云圖，如圖4，5所示。

圖4 機架應力云圖

圖5 機架位移云圖

從圖4中可以得出機架最大應力為67.911 MPa，遠小于槽鋼的許用應力215 MPa；從圖5中可以得出機架最大變形量為0.055 664 mm，變形量極小。因此可以看出，所設計機架完全可以承受整機在運動過程中的最大載荷力，僅產生極小變形確保不變形。

4 結束語

通過使用ANSYS軟件對氣流成網機機架進行靜力學分析，分析結果表明在最大負載工作過程中，機架的最大應力遠小于槽鋼的許用應力以及最大變形量，機架完全可以承受整機在運動過程中的最大載荷力，并保證不變形。

[1]WIESELQUIST W A.One Validation Case of the CFD Software Fluent:Part of the Development Effort of a New Reactor AnalysisTool[C]//International Conferenceon Nuclear Engineering，Proceedings,ICONE,2002:913-919.

[2]李進良，李承曦，胡仁喜.精通FLUENT6.3流場分析[M].北京：化學工業出版社，2007.

[3]阮學云，朱仁勝，姚桂玲.基于ANSYS的單自由度微動工作臺仿真研究[J].機械設計與制造，2009（7）：118-119.

[4]任惠巧.大型電除塵器鋼結構立柱部件有限元優化分析[D].太原：太原理工大學，2005.