转鼓三维建模及有限元分析
摘 要随着时代的发展，我们对分离机的分离性能有了更高的要求。而转鼓是分离机的核心部件。为了满足更高的分离需求，转鼓的转速要更高，半径也要更大。当转鼓转速的提高以及半径的增大时，转鼓自身重量会产生离心力，转鼓内的液体也会产生离心力，再加上零件之间摩擦产生的作用力，使转鼓内的力更加复杂，一旦转鼓的强度小于它所承受的应力，将可能会产生严重的事故。而且传统的设计方法对转鼓内应力往往得不到准确的估算，这使生产安全得不到保障。另外设计人员设计转鼓时就会产生极大的困扰，除了转鼓内复杂的应力变化还有转鼓壁开孔引起的内应力变化，而这就需要对高速运转的转鼓内多变且复杂的应力进行精确的计算，为了解决这一问题，设计人员就采用了限元分析的办法。首先使用三维建模的方法创建转鼓，然后使用有限元软件对它进行分析，这种模拟应力应变的方法既保证了对转鼓内应力的精准估算，还保障了人员的安全，也使企业控制了生产成本。本文通过给转鼓固定约束和加载扭矩来分析其应力和应变。首先使用UG软件对转鼓进行三维建模，然后将几何模型导入Hypermesh中进行网格划分、赋材料和属性、以及固定约束和加载荷，最后使用ABAQUS进行有限元计算。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究目的与意义 1
1.2国内外研究的现状及发展趋势 1
1.3课题研究的内容 3
第二章 三维建模 4
2.1UG软件介绍 4
2.2绘制三维转鼓 4
第三章 有限元分析 9
3.1有限元求解问题的步骤 9
3.2Hypermesh软件简介 9
3.3网格划分 9
3.4 ABAQUS软件介绍 15
3.5 有限元仿真 15
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
绪论
1.1课题的研究目的与意义
有关分离机的生产设备和科研仪器已经越来越不能够满足现在社会的需要，随着国家的科技水平的不断提高，这就要求我们能够设计出性能更好、质量更高的分离机。例如在科学研究中，研究人员往往需要对有关物质进行分离，但是由于各个物质间的重量相差不大，这就对分离机有了更高的要
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
求，而转鼓是分离机的核心部件，也就对转鼓有了更高的要求。为了让分离机的分离性能更好，分离机的的转速就要越高，转鼓的半径也会越大。而转速的提高和半径的增大，会使转鼓内的离心压力急剧增加，因此就需要满足一定强度要求的转鼓。当转鼓在以高速状态进行工作时，转鼓自身重量会产生离心力，转鼓内的液体也会产生离心力，再加上零件之间摩擦产生的作用力，使转鼓内的力更加复杂。当设计人员设计转鼓时就会产生极大的困扰，除了转鼓内复杂的应力变化还有转鼓壁开孔引起的内应力变化。这就需要对高速运转的转鼓内多变且复杂的应力进行精确的计算，为了解决这一问题，设计人员就采用了限元分析的办法。随着科技水平的提高，计算机的性能也在不断的加强，软件分析能力得到进一步提升，有限元方法在很多领域得到广泛的运用，因此用有限元分析研究转鼓强度也引起了极大的关注。
当转鼓以高速状态运转时，会产生极大的应力，而产生的应力是极其复杂多变的，一旦转鼓的强度小于它所承受的应力，将可能会产生严重的事故。设计转鼓使用传统的设计办法往往不能够满足日益增长的生产和科研需求，因为转速的提高会使应力变得更加的多变和复杂，一旦转鼓没有满足需求就可能会产生上述的事故。而使用有限元分析的方法研究转鼓更加的方便，也更加的经济和实用，对转鼓内复杂的应力变化能够很好的演算因此这种办法也更加的安全。转鼓的结构参数直接影响着分离机的分离性能，随着转鼓的半径的增大和转速的提高使得转鼓内的应力应变更为复杂。在解决应力应变的前提下使用有限元方法对转鼓进行优化来提高转鼓的性能和安全系数，这是具有非常重要的意义的。
1.2国内外研究的现状及发展趋势
当中国闭关锁国政策失败西方列强打开了中国的大门之后，中国科技水平就一直落后于西方国家。1956年底三大改造的完成，标志着我们国家进入工业化时代，基础工业开始步入正轨。在不断地从国外引进技术和人才后，我们国家离心机的生产和性能得到不断地提高，因此离心机在许多领域得到广泛的运用。而现在我们国家变得越来越强大与国外先进的分离技术的差距越来越小。主要体现在：（1）能够独立自主的完成从开发、设计到生产一系列过程。（2）基础理论与应用方面进行了研究。（3）转鼓的某些技术已经能和世界顶尖技术相提并论。
目前，我们可以通过不同的渠道去了解国外最新技术发展状况，比如通过看相关书籍、浏览网站、以及与国外技术人员交流。目前，有几个方面可以了解转鼓的发展趋势。
（1）新材料应用方面。当转鼓以高速状态进行运转时，转鼓自身重量产生的离心力以及转鼓内所需分离物质产生的压力，转鼓内的应力会急剧增加；通常我们需要分离的物质是有腐蚀性的并且具有一定毒性，为了不让转鼓工作时发生泄漏事故，因此我们在设计转鼓时对密封性和耐腐蚀性有更高的要求。企业在生产转鼓时，就会采用新型材料来进行生产，例如硬质陶瓷、工程用的塑料以及具有极强耐腐蚀性能的不锈钢材料。在英国有人就采用工程用的塑料来生产转鼓，在法国有人用硬质陶瓷来制造。使用新型材料的转鼓，其使用寿命将大大提高，安全性也得到进一步保证，对转鼓性能的不断提升提供了保障。
（2）在自动化技术方面。随着计算机与传感器技术的结合，一些工厂开始采用新型的自动化生产模式，不用在生产一线就可以掌握转鼓内的各种参数，并且通过计算机可以进行控制，这样不仅控制了生产成本，还提高了生产的安全系数。这种技术已经被国外采用并且运用到实际生产中。
（3）在分离性能方面。在过去细菌、酶以及胰岛素等是很难进行分离的更别说是提纯了，而现在随着科技水平的不断进步，转鼓的转速越来越快，半径也越来越大，因此分离性能得到提高。
自上世纪的40年代起，有人提出了有限元理论。经过几十年的发展，有限元理论得到不断扩充和完善，并且被运用到实际生产中。直到计算机的普及，生产力得到不断地解放，许多生产中都开始运用有限元分析的方法。如今有限元有以下几种发展走向：
（1）与CAD软件的无缝集成
有限元分析软件逐渐与CAD软件进行集成使用。
（2）更为强大的网格处理能力
用有限元解决问题的三个步骤：对问题对象进行离散化分析、用有限元进行求解、对结果的计算分析。
（3）求解非线性问题
以前大多都是对线性问题进行求解，随着问题的不断深入，线性理论已经不再适用。材料的材质以及失效等问题都是非线性的，因此要用非线性分析求解。
（4）求解耦合场问题
早期有限元分析用来求解线性结构问题，而现在需要同时对两种不同参数进行交叉式限元分析。
程序面向用户的开放性
商家为了吸引更多的用户使用，往往会通过简化操作步骤、使用全新的用户界面以及定制用户所需要的软件。
1.3课题研究的内容
根据已有的二维转鼓图纸使用三维软件进建模，然后把转鼓的三维模型导入Hypermesh软件进行网格划分，并且给转鼓赋予属性和材料以及给转鼓添加载荷和固定约束。接着使用ABAQUS对转鼓进行最后的计算和分析，根据计算结果与材料的需用应力做一个比较，了解转鼓的受力情况。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究目的与意义 1
1.2国内外研究的现状及发展趋势 1
1.3课题研究的内容 3
第二章 三维建模 4
2.1UG软件介绍 4
2.2绘制三维转鼓 4
第三章 有限元分析 9
3.1有限元求解问题的步骤 9
3.2Hypermesh软件简介 9
3.3网格划分 9
3.4 ABAQUS软件介绍 15
3.5 有限元仿真 15
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
绪论
1.1课题的研究目的与意义
有关分离机的生产设备和科研仪器已经越来越不能够满足现在社会的需要，随着国家的科技水平的不断提高，这就要求我们能够设计出性能更好、质量更高的分离机。例如在科学研究中，研究人员往往需要对有关物质进行分离，但是由于各个物质间的重量相差不大，这就对分离机有了更高的要
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
求，而转鼓是分离机的核心部件，也就对转鼓有了更高的要求。为了让分离机的分离性能更好，分离机的的转速就要越高，转鼓的半径也会越大。而转速的提高和半径的增大，会使转鼓内的离心压力急剧增加，因此就需要满足一定强度要求的转鼓。当转鼓在以高速状态进行工作时，转鼓自身重量会产生离心力，转鼓内的液体也会产生离心力，再加上零件之间摩擦产生的作用力，使转鼓内的力更加复杂。当设计人员设计转鼓时就会产生极大的困扰，除了转鼓内复杂的应力变化还有转鼓壁开孔引起的内应力变化。这就需要对高速运转的转鼓内多变且复杂的应力进行精确的计算，为了解决这一问题，设计人员就采用了限元分析的办法。随着科技水平的提高，计算机的性能也在不断的加强，软件分析能力得到进一步提升，有限元方法在很多领域得到广泛的运用，因此用有限元分析研究转鼓强度也引起了极大的关注。
当转鼓以高速状态运转时，会产生极大的应力，而产生的应力是极其复杂多变的，一旦转鼓的强度小于它所承受的应力，将可能会产生严重的事故。设计转鼓使用传统的设计办法往往不能够满足日益增长的生产和科研需求，因为转速的提高会使应力变得更加的多变和复杂，一旦转鼓没有满足需求就可能会产生上述的事故。而使用有限元分析的方法研究转鼓更加的方便，也更加的经济和实用，对转鼓内复杂的应力变化能够很好的演算因此这种办法也更加的安全。转鼓的结构参数直接影响着分离机的分离性能，随着转鼓的半径的增大和转速的提高使得转鼓内的应力应变更为复杂。在解决应力应变的前提下使用有限元方法对转鼓进行优化来提高转鼓的性能和安全系数，这是具有非常重要的意义的。
1.2国内外研究的现状及发展趋势
当中国闭关锁国政策失败西方列强打开了中国的大门之后，中国科技水平就一直落后于西方国家。1956年底三大改造的完成，标志着我们国家进入工业化时代，基础工业开始步入正轨。在不断地从国外引进技术和人才后，我们国家离心机的生产和性能得到不断地提高，因此离心机在许多领域得到广泛的运用。而现在我们国家变得越来越强大与国外先进的分离技术的差距越来越小。主要体现在：（1）能够独立自主的完成从开发、设计到生产一系列过程。（2）基础理论与应用方面进行了研究。（3）转鼓的某些技术已经能和世界顶尖技术相提并论。
目前，我们可以通过不同的渠道去了解国外最新技术发展状况，比如通过看相关书籍、浏览网站、以及与国外技术人员交流。目前，有几个方面可以了解转鼓的发展趋势。
（1）新材料应用方面。当转鼓以高速状态进行运转时，转鼓自身重量产生的离心力以及转鼓内所需分离物质产生的压力，转鼓内的应力会急剧增加；通常我们需要分离的物质是有腐蚀性的并且具有一定毒性，为了不让转鼓工作时发生泄漏事故，因此我们在设计转鼓时对密封性和耐腐蚀性有更高的要求。企业在生产转鼓时，就会采用新型材料来进行生产，例如硬质陶瓷、工程用的塑料以及具有极强耐腐蚀性能的不锈钢材料。在英国有人就采用工程用的塑料来生产转鼓，在法国有人用硬质陶瓷来制造。使用新型材料的转鼓，其使用寿命将大大提高，安全性也得到进一步保证，对转鼓性能的不断提升提供了保障。
（2）在自动化技术方面。随着计算机与传感器技术的结合，一些工厂开始采用新型的自动化生产模式，不用在生产一线就可以掌握转鼓内的各种参数，并且通过计算机可以进行控制，这样不仅控制了生产成本，还提高了生产的安全系数。这种技术已经被国外采用并且运用到实际生产中。
（3）在分离性能方面。在过去细菌、酶以及胰岛素等是很难进行分离的更别说是提纯了，而现在随着科技水平的不断进步，转鼓的转速越来越快，半径也越来越大，因此分离性能得到提高。
自上世纪的40年代起，有人提出了有限元理论。经过几十年的发展，有限元理论得到不断扩充和完善，并且被运用到实际生产中。直到计算机的普及，生产力得到不断地解放，许多生产中都开始运用有限元分析的方法。如今有限元有以下几种发展走向：
（1）与CAD软件的无缝集成
有限元分析软件逐渐与CAD软件进行集成使用。
（2）更为强大的网格处理能力
用有限元解决问题的三个步骤：对问题对象进行离散化分析、用有限元进行求解、对结果的计算分析。
（3）求解非线性问题
以前大多都是对线性问题进行求解，随着问题的不断深入，线性理论已经不再适用。材料的材质以及失效等问题都是非线性的，因此要用非线性分析求解。
（4）求解耦合场问题
早期有限元分析用来求解线性结构问题，而现在需要同时对两种不同参数进行交叉式限元分析。
程序面向用户的开放性
商家为了吸引更多的用户使用，往往会通过简化操作步骤、使用全新的用户界面以及定制用户所需要的软件。
1.3课题研究的内容
根据已有的二维转鼓图纸使用三维软件进建模，然后把转鼓的三维模型导入Hypermesh软件进行网格划分，并且给转鼓赋予属性和材料以及给转鼓添加载荷和固定约束。接着使用ABAQUS对转鼓进行最后的计算和分析，根据计算结果与材料的需用应力做一个比较，了解转鼓的受力情况。
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