基于有限元法的搅拌捏合机搅拌轴疲劳分析.pdf

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1、第3O卷第3期青岛科技大学学报(自然科学版)Vo1．30No．32009年6月JournalofQingdaoUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)Jun．2009文章编号：I672—6987(2009)03—0259—03基于有限元法的搅拌捏合机搅拌轴疲劳分析樊智敏。徐安军，徐俊(青岛科技大学机电工程学院。山东青岛266061)摘要：以有限元法为基础，在建立搅拌轴有限元力学模型的基础上，先借助有限元软件ANSYS静力分析找出搅拌轴上的危险点，再通过ANSYS—Fatigue模块对

2、这些点进行疲劳寿命分析。通过对危险点螺棱与轴的过渡部分进行疲劳寿命分析，得到疲劳累积系数0．6，表明该搅拌轴在使用年限内满足疲劳强度要求。关键词：ANSYS；搅拌捏合机；静强度；疲劳分析中图分类号：TQ330．4文献标识码：AFatigueAnalysisoftheNewStirringKneaderShaftsBasedontheFiniteElementMethodFANZhi-min，XUAn-jun，XUjun(CollegeofElectromechanicalEngineering，QingdaoUniversityofScienceand

3、Technology，Qingdao266061，China)Abstract：Thefiniteelementmodelofthestirringkneadershaftwasbuiltbasedonfiniteelementmethod．ThentheANSYSsoftwarewasadoptedforthestaticstrengthanalysisofthestirringkneadershaft，andthedangerouspointswerefound．Usingthesedata，afiniteelementfatigueanalysi

4、swasperformedbyANSYS-Fatiguemodule．Theresultsshowedthat：thecumulativefatiguedamagecoefficientis0．6，andthenewstirringknea—dershaftisabletOmeetfatiguerequirementduringthewholeservicelife．Keywords：ANSYS；stirringkneader；staticstrength；fatigueanalysis差速搅拌捏合机是一种新型高效卧式双轴全1搅拌轴有限元模型的建立相自

5、清洁型搅拌机，主要应用于高黏度物系的搅拌与混合，其中搅拌轴是搅拌装置的核心部分。1．1搅拌轴的建模搅拌装置工况比较恶劣，正常工作情况下，受流体借助Pro／E软件三维绘图功能建立搅拌轴激振力、电机输入扭矩的波动、搅拌轴偏心引起的实体模型，利用ANSYS软件提供的CAD接口离心力以及轴自重等影响，作用于搅拌轴上的轴(Parasolid文件格式)，将Pro／E软件建立的搅拌向应力及弯矩和扭矩都是波动的，振幅和频率都轴模型导人到ANSYS软件中，完成搅拌轴的有各不相同，因而搅拌轴极易发生疲劳破坏。采用限元建模。主搅拌轴模型见图1所示。传统理论对搅拌轴进行疲劳分

6、析很难得到满意的1．2搅拌轴的模型简化‘结果，为此，本工作利用有限元软件ANSYS对搅为了简化模型，提高运算效率，根据其结构特拌轴进行强度分析，并在强度分析计算的基础上点以及受力状况，将其划分为若干结构相同的单对搅拌轴进行了疲劳寿命分析。元节，把对搅拌轴的疲劳分析转化成了对搅拌轴收稿日期：2008—08—25作者筒介：樊智敏(1963~)，男，博士，教授26O青岛科技大学学报(自然科学版)第3O卷单元节的疲劳分析。图2为主搅拌轴单元节的有K为搅拌轴螺棱上流体阻力密度，用试验方限元模型。法测得。本文参照文献[2]，K值取7N·cm一。图1主搅拌轴模型图4

7、微元体所受流体阻力Fig．1ThemodelofthemainstirringmixershaftFig．4Thefluidresistanceactingonthemicrounit2ANSYS对搅拌轴的静强度分析2．1搅拌轴材料性能参数设定搅拌轴材料选用低碳钢，分析中假设材料为线弹性材料，其力学性能均在常温下选取。弹性模量2×10MPa，泊松比0．3，屈服极限450MPa，强度图2主搅拌轴单元节的有限元模型极限240MPa，材料疲劳特性曲线见图5E。Fig．2Thefiniteelementmodelofthemainstirringshaftun

8、it1．3搅拌轴单元节的力学分析搅拌装置正常工作时，作用于螺棱上的流体日作用力使搅拌轴产生变形