基于ansys的攪拌葉片有限元建模與分析

ansys軟件是集成結(jié)構(gòu)、流程、電池、磁體、聲音場分析于一體的通用有限分析軟件。它能與多數(shù)CAD軟件接口,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換,如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等,是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一。攪拌筒的變螺距螺旋曲面,造型復(fù)雜,多數(shù)用戶采用Proe/E或UG進(jìn)行建模,建模完成后利用軟件接口將其線框模型以IGES文件的形式導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行網(wǎng)格劃分,但是導(dǎo)入的模型具有不完整性,給ANSYS網(wǎng)格劃分帶來困難。鑒于此,筆者探討了螺旋葉片在ANSYS中的建模分網(wǎng)。1中圓數(shù)對形貌結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型如圖1所示的8.5LP型攪拌車。已知攪拌罐的外形尺寸,攪拌葉片設(shè)計參數(shù)(表1)。選擇拌罐前錐與圓柱段葉片為平直截面,前錐葉片與罐壁垂直焊接,葉片母線B1=380mm;圓柱段葉片母線B2=380mm,與攪拌罐軸線成74.11°焊接,后錐段葉片與攪拌罐軸線成93.87°焊接,且后錐段葉片母線沿出料方向逐漸減小。螺旋葉片的前后錐采用非等變角對數(shù)螺旋線,如圖2所示,中圓采用等角對數(shù)螺旋線如圖3所示。圖2對數(shù)螺旋線的方程為:其中:ρ=ρ0esinθ/tanβ·φ,則θ為半錐角,φ為螺旋轉(zhuǎn)角,β為螺旋角,ρ為極徑,利用參數(shù)t,其默認(rèn)變化范圍0～1。其中:δ(t)=1-cos(t),(0≤t≤π/2),θ代表半錐角,β代表螺旋轉(zhuǎn)角,μ代表葉片與攪拌筒軸線的夾角,B代表螺旋葉片母線的長度。將公式(1)中的變量寫成t的函數(shù),根據(jù)螺旋線方程可以給出前錐對數(shù)螺旋線的方程:t=0pi=3.1415926n=10/9*t*pi()r0=3291.13θ1=15.89β=81.36r=r0*exp(sin(θ1)/tan(m)*n)xt=-r*sin(θ1)*cos(n*360/(2*pi())yt=-r*sin(θ1)*sin(n*360/(2*pi()))zt=r*cos(θ1)xt1=r*sin(θ1)*cos(n*360/(2*pi()))yt1=r*sin(θ1)*sin(n*360/(2*pi()))zt1=r*cos(θ1)其中:0≤t≤1,r0為前錐初始極徑,θ1為前錐半錐角,r代表極徑。同樣可給出后錐的螺旋線方程。方程為:式中:R為圓柱半徑;φ螺旋轉(zhuǎn)角;β螺旋角。2創(chuàng)建前錐螺旋葉片kwpa酶基于以上表達(dá)式,可以寫出在ANSYS中創(chuàng)建對數(shù)螺旋曲線的命令流如下:*afun,rad/prep7et,1,shell181r,1,5mp,ex,1,2.12e3mp,nuxy,1,0.3pi=acos(-1)*do,t,0,999,1!創(chuàng)建前錐葉片根部螺旋線的關(guān)鍵點(diǎn)n=10/(9*999)*t*pir0=3291.13θ1=15.89p=sin(pi*t/(2*999))/2+t/(2*999)β前=81.36-5.78*pr=r0*exp(sin(θ1/180*3.1415926)*n/tan(β前/180*3.1415926))x=-1*r*sin(θ1/180*3.1415926)*cos(n)y=-1*r*sin(θ1/180*3.1415926)*sin(n)z=(r-3131.13)*cos(θ1/180*3.1415926)k,t+1,x,y,z*enddo*do,t,0,999,1!創(chuàng)建中圓葉片根部螺旋線的關(guān)鍵點(diǎn)n1=(19/(999*18)*t+1/9)*pir2=r0*exp(sin(θ1/180*3.1415926)/tan(75.58/180*3.1415926)*10/9*pi)*sin(θ1/180*3.1415926)β中=68.0xt1=r2*cos(n1)yt1=r2*sin(n1)zt1=r2*(n1-1/9*pi)/tan(β中/180*3.1415926)+(r0*exp(sin(θ1/180*3.1415926)/tan(75.58/180*3.1415926)*10/9*pi)-3131.13)*cos(θ1/180*3.1415926)k,,xt1,yt1,zt1*enddo*do,t,0,2999,1!創(chuàng)建后錐葉片根部螺旋線的關(guān)鍵點(diǎn)n2=7/(2*2999)*t*pi+4/3*pin3=7/(2*2999)*t*piθ2=19.76β后=85.97-6.93*pr3=1658.26r4=r3*exp(sin(θ2/180*3.1415926)/tan(β后/180*3.1415926)*n3)p1=(r0*exp(sin(θ1/180*3.1415926)/tan(75.58/180*3.1415926)*10/9*pi)-3131.13)*cos(θ/180*3.1415926)p2=r3*exp(sin(θ2/180*3.1415926)/tan(79.04/180*3.1415926)*7*pi/2)*cos(θ2/180*3.1415926)xt2=r4*sin(θ2/180*3.1415926)*cos(n2)yt2=-r4*sin(θ2/180*3.1415926)*sin(n2)zt2=-(r4*cos(θ2/180*3.1415926))+r2*19/18*pi/tan(β中/180*3.1415926)+p1+p2k,,xt2,yt2,zt2*enddokwpave,1wprota,,90wprota,15.89cswpla,11,csys,11k,,500*do,i,2,1000,1!創(chuàng)建前錐螺旋葉片頂部關(guān)鍵點(diǎn)kwpave,iwprota,,,0.2cswpla,10+icsys,10+ik,,500*enddo*do,i,1001,1835,1!創(chuàng)建中圓螺旋葉片頂部關(guān)鍵點(diǎn)kwpave,iwprota,,,0.19cswpla,10+icsys,10+ik,,500*enddokwpave,2000wprota,,,30wprota,-9.88cswpla,1846csys,1846k,,500kwpave,4860wprota,,,30wprota,-9.88cswpla,1847csys,1847k,,500*(1-7/250)*do,i,4861,2001,-1!創(chuàng)建后錐螺旋葉片頂部關(guān)鍵點(diǎn)kwpave,iwprota,,,0.21cswpla,1848+4861-icsys,1848+4861-ik,,500*(1-7/250-(4862-i)/5000)*enddo其中n,n1,n2分別代表前錐,中圓,后錐螺旋轉(zhuǎn)角,θ1為前錐半錐角,θ2為后錐半錐角.然后輸入bsplin命令將關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行連接得到如圖4所示的螺旋線,再使用al命令,生成如圖5所示的螺旋葉片。從以上兩圖可以看出生成的螺旋線和螺旋葉片光滑平順,為下一步的網(wǎng)格劃分奠定了基礎(chǔ)。3映射網(wǎng)格劃分ANSYS有3種網(wǎng)格劃分的方法:自由網(wǎng)格劃分、映射網(wǎng)格劃分、自由網(wǎng)格和映射網(wǎng)格混合劃分,為避免劃分網(wǎng)格后出現(xiàn)形狀異常的單元,提高計算精度,則采用映射網(wǎng)格劃分。選擇所有的面進(jìn)行映射網(wǎng)格進(jìn)行劃分,單元長度為40mm,在ANSYS中輸入以下命令:esize,40mshape,0mshke