整個
顆粒機環(huán)模在工作過程的載荷受力情況很復(fù)雜,是一個疲勞的問題,但是作為彈性計算,可以采用疊加原理對其他載荷的影響進行考慮,為了簡化問題,這里只考慮靜載荷,富通新能源專業(yè)生產(chǎn)銷售
秸稈顆粒機環(huán)模、
木屑顆粒機環(huán)模等顆粒機配件。靜載荷的分布情況如下:
對于孔內(nèi)的壓力,首先求出孔的軸心所在的角度,然后再計算孔壁各部分所受的分布壓力和分布剪應(yīng)力。
對于孔內(nèi)的載荷,孔面上的等效載荷為孔心線處的壓力,孔錐面上的壓力與孔心線處的壓力相等,線性變小,到出料口剛開始擴孔處的壓力為0MPa。假設(shè)剪應(yīng)力與摩擦力相關(guān),即與壓力相關(guān)。然后通過靜力等效的方式得到孔內(nèi)的各個部分上的載荷。
假設(shè)錐面上的剪應(yīng)力(摩擦力)恒為r,在成型段壓力成線性交化到深處為0,相應(yīng)地,其剪應(yīng)力(摩擦力)在成型段上也成線形變化(假定摩擦系數(shù)為常數(shù)),到擴孔界面處變0。
由于環(huán)模中孔洞眾多,幾何形狀過多,為了獲得可以接受的計算精度,需要建立大規(guī)模的單元,計算量和存儲量很大,實,際計算時網(wǎng)格劃分和單元生成非常緩慢,且經(jīng)常出現(xiàn)異常,為了使計算成為可能,必須對模型作大量的簡化和假設(shè)。
考慮到環(huán)模的整體剛度比環(huán)模鋼板的剛度大很多,環(huán)模的局部變形是造成破壞的主要原因,因此,為了使計算簡化,嘗試將遠離加載區(qū)的筒壁進行簡化。簡化有兩個極端狀態(tài),一個是將遠區(qū)簡化成零剛度,即將遠區(qū)挖空,一個是將遠區(qū)簡化成為大剛度,將遠區(qū)看成實體,不開孔。
實踐上,將中心面定為最大載荷面,其左側(cè)載荷恒為0,在其左側(cè)取200的區(qū)域作為開孔區(qū),右側(cè)16.50范圍內(nèi)載荷從最大值100MPa線性變化到0MPa,在其右側(cè)取500作為開孔區(qū),其他2900范圍按照實體處理(不開孔)。
在實心區(qū)域,盡量少地劃分單元,僅僅保持原有的幾何形狀,每條線上
的單元數(shù)為3~5;在孔洞區(qū)域,由于孔洞周圍的線條長度本來就短(2mm左右),所以在加載區(qū)的每條線段上設(shè)置6個單元,非加載區(qū)每條線段上設(shè)置4個單元,在丌孔區(qū)和無孔區(qū)的交界區(qū)每條線段上設(shè)置5個單元。劃分網(wǎng)格后,總體的節(jié)點總數(shù)約為6萬左右,單元總數(shù)約為26萬左右。
為了證明實心簡化處理的合理性和有效性,采用對稱加載,環(huán)向開孔角度間距20,軸向間距l(xiāng)lmm,450錐孔深度為3mm,φ6孔深度30mm,φ7孔深度20mm,φ6孔成型段有1:50錐度,在前述加載條件和邊條件下,考慮滾筒原型的兩種極端情況:遠離加載區(qū)的區(qū)域為實心和遠離加載區(qū)的區(qū)域挖空。實際的環(huán)模模型則介于兩者之間。
從Mises應(yīng)力云圖可以發(fā)現(xiàn),從兩個極端模型獲得的應(yīng)力分布規(guī)律相同,最大Mises應(yīng)力分別是:1292MPa(實心),128IMPa(挖空)。實心模型的最大Mises應(yīng)力比挖空模型的最大Mises應(yīng)力大11MPa,兩個極端簡化模型之間的區(qū)別很小,小于1%,對于其他參數(shù)的模型,最大的差別也不大于5%,而介于兩者之間的真實模型與兩者相比,他們的差別將更小。此計算也表明,滾筒的整體剛度很大,其產(chǎn)生的整體變形相對于局部變形是一個很小的小量,可以忽略不計。
基于實心模型,可以得出顆粒機環(huán)模模型在上述載荷情況下的受力分布情況。
實際的工作過程中,環(huán)模模型的失效破壞并不是由于變形失效引起的,而是由于裂紋的萌生及擴展使得整個工件失效。因此,必須把這個問題歸結(jié)為疲勞引起的裂紋萌生的問題。所以,應(yīng)采用裂紋萌生及破壞的理論來分析這個問題。
對于實際的環(huán)模模型,其受力情況復(fù)雜,有不同載荷在不同方向上引起的彎曲應(yīng)力,還有載荷加載的剪應(yīng)力,其危險點處的危險面不能單憑某個分力決定,比如,在環(huán)向角度間距20,軸向間距11mm,450錐孔深度為3mm,φ6孔深度30mm,φ7孔深度20mm,φ6孔中沒有1:50錐度時,各個應(yīng)力分布情況的云圖如下列各圖所示:
由上述分析可知,環(huán)模的失效破壞并不是由于變形失效引起的,而是由于裂紋的萌生及擴展使得整個工件失效,環(huán)模的真正失效原因是低周疲勞。分析同時也表明,環(huán)模尺寸的各個因素對它們的影響趨勢是一致的,尾孔深度越短,最大應(yīng)力越小:無論是軸向還是環(huán)向,間距越大,最大應(yīng)力越小。
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