废料空压机压挤设施的流体化解析

　　方法简介本文采用ANSYS10.0作为分析工具。由于ANSYS对复杂实体建模比较困难，因此本文采用pro/e-ANSYS联合建模。模型建立实体模型的建立a）打开pro/e应用程序，在pro/e窗口中建立实体零件模型，建模的过程中，注意删除对功能没有影响的细部特征，例如倒角，细小螺孔等。b）创建装配件窗口，将零件组装成装配件。c）保存装配件为3.igs格式的文件。

　　有限元模型的建立导入模型<3>a）打开ANSYS应用程序。b）将CAD软件中建立的实体模型导入到ANSYS中。

　　选择单元类型由于箱形压缩头大部分为薄壁金属件，其中：箱体壁的厚（h）长（b）比为：1/80。

　　选用单元类型为shell63单元，该单元具有四个节点，每个节点有X、Y、Z三个方向的平动和绕X、Y、Z方向的转动六个自由度。这种单元能够较准确的模拟薄壁结构的承载情况。

　　实常数输入压缩头的材料为碳钢Q235A.主要的性能参数及实常数：弹性模量E=2.06E5MPa，泊松比0.3.网格的划分对压缩头箱体进行相应的布尔分割，使各部分具有较规则的几何形状，便于均匀划分网格，对应于不同的壁厚设置相应的shell单元的set值。为了更好的模拟轴座的受力，对液压缸轴座进行网格细分。整个结构节点总数3642个，单元总数3624个。网格划分如所示。

　　载荷及约束条件的施加作用在压缩头上的载荷大多数情况下是非均匀载荷。我们可以取三种极限工况来计算压缩头受力和变形，工况1）压缩头受均布载荷；工况2）压缩头右上或左上角受集中偏载；工况3）压缩头右下或左下角受集中偏载。主动载荷为油缸的推力，已知油缸工作压力20MPa，油缸的内径为100mm.约束条件的施加：压缩头是通过往返运动来对垃圾进行压缩的，因此水平面上，与工作方向不一致的两个坐标方向的平动受到约束。由于左右侧板受到导轨的支撑，因此导轨面法向方向的平动受到约束。求解使用共轭梯度法求解器进行求解。此方法属于间接迭代求解，适合于模型的线性结构分析，并且此方法具有求解速度快的优点。

　　计算结果分析工况1压缩头受均布载荷。对压缩头工作面施加均布载荷，压缩液压缸压强达到20MPa，通过ANSYS强大的后处理功能对结构进行分析计算。

　　工况2压缩头右上或左上角受集中偏载。对此位置的约束方式为：在相应位置的几个节点上，将压缩头工作方向上的平动予以约束。同时，在油缸支座施加线分布载荷<1>，导轨面施加法向约束。工况3压缩头右下或左下角受集中偏载。对此位置的约束方式为：在相应位置的几个节点上，将压缩头工作方向上的平动予以约束。同时，在油缸支座施加线分布载荷<1>，导轨面施加法向约束。

　　以上的三种工况中，工况1是压缩头工作时的一般工况，工况2、3是对压缩头工作过程中可能遇到的恶劣情况的假设。通过对这三种工况的计算可以较真实的模拟压缩头实际工作状态。通过对后处理结果的分析和比较，得出压缩头强度和刚度分析的结论如下。

　　强度分析结论通过、和可知，三种工况下*大应力出现在垂直方加强板同轴座焊接的面上，σmax=69.4MPa.材料为Q235A，许用应力<σ>=160MPa，σmax<<σ>所以满足强度要求，但对此处的焊接加工应特别注意。

　　刚度分析结论通过对结果的分析，我们得到压缩头上各点位移大小及分布，其中工况3中位移*大。由知：*大位移U=0.6mm，并且*大的位移出现在上面板的尾部。考虑到实际机构中压缩头上面板与压缩机内表面间的预留间隙，此结果满足实际偏移要求。

　　结束语在建立压缩头有限元模型的基础上，充分考虑了各种载荷工况，通过对压缩头有限元模型的分析可得到如下结论：1）从分析结果可知，压缩头的强度和刚度均满足工作要求。2）偏载的情况下使压缩装置的受力出现恶化，导轨面、筋板、轴座上的应力都有增加。3）通过有限元模型后处理结果：应力云图和位移云图的分析可得出*大应力和变形出现的*大位置，此结果同实际的情况相符合。4）通过对后处理结果的分析得出了结构的*薄弱环节，在实际焊接过程中要特别注意。以上是对压缩头有限元分析得到的各工况下的结果，可以为压缩头设计和实际加工提供参考，也可作为压缩头可靠性评估研究的基础。