开炼机辊筒的有限元分析及其优化设计

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1、TheFiniteElementAnalysisofOpenMillRollerandItsOptimizationDesignbyCAOW．eiweiAthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScience1nMechanicalDesignandTheoryCentralSouthUniversityofForestl3'andTechnology498ShaoshanSouthRoad，TianxinDistrictChangshaHunan

2、410004，P．R．CHINASupervisorProfessorLIXinhuaMay,2013中南林业科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品，也不包含为获得中南林业科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定

3、，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件或电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权中南林业科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保槲(请您在以上相应方框打“√芝)．作者签名厂懈导师签龟荔孑～矽·弓年、卜月弓7日为彦年‘月移日＼。’＼硕士学位论文开机辊筒的有限元分析及其优化设计摘要随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，橡塑产品在日常生活中的使用率越来越高。特别是汽车工业的快速发展促进了轮胎产业壮大，为橡塑机械

4、的快速发展创造了契机。辊筒作为开炼机的主要工作元件以及承载力最大的元件，它的安全可靠的运转对整个炼胶过程有着重要的作用。基于开炼机在化工企业中应用的广泛、数量的庞大，针对开炼机辊筒的有限元分析及其优化设计，达到降低质量，节约辊筒材料和电能消耗的目的，将为企业带来可观的经济效益，符合国家节能减排的发展政策。本课题以一个典型的妒550x1600型开炼机辊筒为研究对象，在数值模拟仿真软件ANSYS平台上对辊筒进行有限元分析。首先对辊筒进行了温度场分析，通过稳态温度场分析可以得知辊筒的温度及其热应力分布情况，其热应力分布沿着辊筒径向由大变小再变大，并且辊筒内部受拉

5、应力影响，而外壁受到压应力的影响。通过瞬态温度分析可以得知辊筒温度变化情况以及其热应力移动趋势，经分析可得辊筒的热应力首先集中在轴头处，随着时间推移逐渐移动到辊筒内壁上，到达稳定状态时与稳态分布相似。其次，为准确的分析辊简的受力情况，需要对辊筒进行热．结构耦合分析，分析在机械应力与热应力同时作用下辊筒的应力和应变。通过耦合分析可以得到辊筒工作区间上的最大应力值为15．8MPa，最大应变为0．139E．03m，将最大应力与应变与辊筒材料的许用应力和许用挠度比较可以得知辊筒还有很多的优化空间，且定义两者为优化设计的状态变量。再次，在耦合分析的基础上建立以辊筒内

6、径为设计变量，辊筒体积为目标函数，应力和挠度为约束条件的优化分析数学模型，通过ANSYS的参数化语言实现辊筒的优化设计，求得一组优化最优解，优化后的辊筒能够节约铸铁材料0．09862m3．使体积减少28．87％，重量减轻725kg，优化效果显著。利用ANSYS中的可靠性分析模块，对优化模型进行了可靠性验证，分析指出当抽样次数为200，置信度为95％时，挠度和应力的失效率分别为0．79％和17．27％，当抽样次数增加，可靠度会相应提高。总之，针对开炼机辊筒的有限元分析及优化设计，是将先进的设计和分析方法应用于辊筒的实际设计中，为设计经济、可靠、稳定的开炼机提

7、供了一种新思路，同时也为同类产品的设计提供了依据。关键词：辊筒；有限元分析；耦合场分析；优化设计；可靠性分析硕士学位论文开机辊筒的有限元分析及其优化设计AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandtheimprovementofpeople’Slivingstandards，thegrowinguseofrubberproductsineverydaylife．Especiallytherapiddevelopmentofautomobileindustryhaspromotedthegrowingoftireindu

8、stry,whichcreatedanopportunityfor