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基于SolidWorks微压蒸箱的有限元分析

发布于:2024-01-04 20:37
有限元分析

      微压蒸箱是能够承受一定的压力、适应高原环境加工米饭馒头的主食蒸制设备。微压蒸箱的箱体主要由角钢、不锈钢板组成。目前大多数论文中的受力分析,主要针对结构较为简单的单一零件进行受力分析,拟用SolidWorks的SimulationXpress分析模块对由角钢和不锈钢板多零件的装配组合体进行受力分析,为压力蒸箱的设计校核提供依据,同时为其它类似设计提供参考。
      Solidworks是我国目前应用的主流三维软件之一,是美国Solidworks公司基于Windows平台开发的著名的全参数化三维实体造型软。SolidWorks中提供了易于使用的SimulationXpress应力有限元分析工具,可以使用电脑测试代替昂贵的现场测试,从而降低成本,减少产品开发周期的次数;快速模拟多个概念与情景,优化设计。利用SolidWorks完成设计优化分析需要以下6个步骤:1)建立三维模型;2)定义模型的材料;3)确定约束和添加相应载荷;4)分析并查看结果;5)修改模型参数重复步骤1~4;6)结果比较分析,不断修改参数直至完成满意设计。
      微压蒸箱主要由箱体、箱门、铰链、安全阀控制系统等组成。箱体外形尺寸长×高×深为1150mm×1620mm×785mm。
      箱体主要由主框架、内部腔体、外蒙皮、聚氨酯泡沫组成。为了计算方便,受力分析时去除了外蒙皮和聚氨酯泡沫等,只分析主框架和内部腔体组装后的装配体。主框架采用角钢组焊成形,角钢型号为热轧不等边角钢10/6.3和热轧等边角钢5,初始设计b1=10mm,b2=6mm其具体尺寸如图所示。内部腔体采用1.5mm厚的不锈钢板1C18Ni9Ti压制焊接成形。3三维建模利用SolidWorks建立蒸箱箱体的三维实体模型的装配体。如图2所示。4分析与优化。1)计算属性信息如表1所示。2)单位系统采用公制单位,如表2所示。3)不锈钢和碳钢的材料力学属性如表3和表4所示。4)添加约束和载荷。夹具设置为固定约束类型,将约束设置到蒸箱骨架的底面。载荷加载到蒸箱内部所用的面,力类型为压力,数值为0.033MPa,作用力沿垂直于所选面的方向。约束和载荷加载完成后如图3所示。5)网格信息。有限元分析的单元格划分采用基于曲率的网格系统默认格式,具体数据如表5所示。完成网格划分后如图4所示。6)计算结果。经分析计算,蒸箱箱体应力为81.59MPa,最大位移为0.39mm。计算结果如表6所示。图示如图5、图6所示。5优化设计将初始设计的角钢厚度由b1=10mm,b2=6mm更改为b1=6mm,b2=3mm。
      优化后的设计方案,重量降低了113kg,减少了27%。对于车载设备而言,内装设备重量减少113kg,对整车的机动性指标是影响很大的。汽车质量每减轻10%,油耗下降6%~8%,排放下降4%,同时提高汽车的比功率,使汽车的动力性能提高。优化后的蒸箱箱体安全系数只下降了0.25,由于此计算是未考虑外蒙皮和发泡材料对整体刚度的加强因素,如果蒸箱增加外蒙皮和保温发泡材料后,其整体刚度强度会增加很多,完全满足设备安全性要求。通过SolidWorks Simulation-Xpress对蒸箱箱体应力分析,验证和优化了蒸箱的结构设计,减轻了产品重量,对产品的设计验证生产提供了有利的参考。


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