离心机转鼓有限元强度与变形计算(附件)【字数：7065】
摘 要转鼓是离心机的关键部位，是圆筒状物体，有螺纹孔，内部有筋条，形状并不规则，受力时高速旋转，因此，难以用人为的方法进行受力分析，只能借助计算机进行有限元分析。利用HyperMesh软件对卧式离心机转鼓进行有限元分析，通过对转鼓的三维建模、网格划分、添加约束和载荷，得出位移与应力云图，得知转鼓运行是安全可靠的。最后，通过减小转鼓鼓身的外直径，减少了材料的使用，在保证强度要求的前提下，减轻了约20%的质量，结果表明，优化是可行的。
目 录
第一章 有限元的发展 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 有限元分析各个时期的发展 1
1.3 课题研究内容与目标 2
第二章 有限元概念与理论 3
2.1 有限元的概念 3
2.2 有限元分析的三维应力分析 3
2.2.1 引言 3
2.2.2 四面体单元的特征 4
第三章 零件模型处理与有限元文件建立过程 8
3.1 软件介绍 8
3.2 三维模型处理 8
3.2.1 转鼓二维图 8
3.2.2 转鼓三维图 9
3.3 基本参数 9
3.4 有限元集合模型的建立 10
3.4.1 转鼓模型的简化 10
3.4.2 材料属性 10
3.4.3 网格划分 10
3.4.4 转鼓的约束和载荷 10
第四章 计算结果分析 13
4.1 结果分析 13
4.1.1 转鼓位移云图 13
4.1.2 转鼓应力云图 13
4.2 优化 14
第五章 总 结 17
致 谢 18
参考文献： 19
第一章 有限元的发展
1.1 课题研究背景
离心机与其它分离机械相比较，不但能够到湿度低的固体，而且能得到高纯度的液体。离心机有许多优点：提高劳动效率、高自动化、占地面积小、操作安全可靠等。转鼓是离心机非常关键的组成部分，是一个绕轴线高速旋转的圆筒状组件，通常由电动机驱动。转鼓内装有悬浮 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
液后，高速运转，在离心力的作用下，各成分被分离，并且被分别排出。通常，离心机转速越高，分离效果越好。上个世纪七十年代末，我国就开始引进螺旋离心机，模仿了国外著名公司生产的各种卧螺离心机。近几年，离心机在我国得到了较快的发展，大量应用于化工、石油、食品、制药、水处理、煤炭等部门。对于离心机的研究也不曾停止，取得了大量的研究成果，对主要部件进行有限元分析[13]。离心机转鼓的筒体与拦液板或转鼓底等连接点处会产生一个称为边缘应力的附加应力传统的边缘应力计算方法很繁杂、耗时。并且，对于结构形状很复杂的转鼓用传统计算方法也无能为力[4]。只能用有限元分析技术。
有限元分析技术能够求解复杂的数学或者物理问题，利用这种技术方法，可以了解各种复杂工程问题，并且能够就工程设计甚至工程事故进行具体的评判。在现代工程设计的行业，有限元分析已经被列为规范并且必须要强制执行其分析过程。所以，在信息技术高度化发展的今天，有限元分析技术已经成为科技研究、产品设计生产、数据优化必不可少的重要手段。
1.2 有限元分析各个时期的发展
离散化这一分析思想可以追溯到上个世纪的40年代。首次提出用元素法求解问题的是俄罗斯的工程结构工程师Alexander Hrennikoff，1941年，他利用这一思想方法成功求解弹性力学方面的问题，虽然这一思想在当时仅限于求解杆系结构的问题，但还是证明了这一思想，并且杆系结构的解是精确的，发展到现在，就是大家熟知的矩阵分析法。究其本质，并不能说明这就是有限元分析的思想，但结合如今的理论，都被称为广义有限单元法。为了表征翘曲函数，德国数学家Richard Courant将截面划分为若干个三角形区域，将函数设定在区域内，这就是实际意义上的有限单元法的思想，在计算机出现后，这一思想得到了推广。
在航空工业中最早用到有限单元法的是美国波音公司的研究专家，其采用三节点式的三角形单元，将矩阵位移法应用到了平面问题。对于这一思想的基础理论做出贡献的有很多科学家，其中，希腊的科学与工程计算机应用先驱John Hadji Argyris 教授是有限元法的创始人之一，他为有限元法奠定了理论基础，作出了巨大的贡献。美国科学家Ray William Clough在他的论文《平面应力分析的有限单元法》中首次提出了“有限单元法”这一词，至今，这一名称得到了认可。
到了上个世纪60年代，有限与分析技术应用越来越广泛，发展也十分迅速，许多数学家参与到这一技术中去，奠定了这一思想的理论基础，分清了有限单元法和变分法的关系，各种单元模式得到了发展。
上个世纪70年代到现在，有限元法进一步发展，所有工程领域都可以运用到这一思想，从变分法有限元拓展到加权残值法与能量平衡法有限元，从平面问题和线性问题到空间问题，从静力学到动力学，从人为计算到计算机计算。许许多多的复杂工程问题因此迎刃而解。
掌握有限元分析这一技术已经成为现代工程设计人员和科研人员必不可少的技能[6]。
1.3 课题研究内容与目标
本课题的主要研究内容是对高速旋转的转鼓进行有限元分析。利用UG和HyperMesh软件对转鼓三维建模、划分网格、受力分析，最后得出其位移云图和应力云图，并对得到的图进行分析判断，最后，对转鼓行进优化，达到转鼓运行可靠安全，生产制造高效率的目标。
第二章 有限元概念与理论
2.1 有限元的概念
目 录
第一章 有限元的发展 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 有限元分析各个时期的发展 1
1.3 课题研究内容与目标 2
第二章 有限元概念与理论 3
2.1 有限元的概念 3
2.2 有限元分析的三维应力分析 3
2.2.1 引言 3
2.2.2 四面体单元的特征 4
第三章 零件模型处理与有限元文件建立过程 8
3.1 软件介绍 8
3.2 三维模型处理 8
3.2.1 转鼓二维图 8
3.2.2 转鼓三维图 9
3.3 基本参数 9
3.4 有限元集合模型的建立 10
3.4.1 转鼓模型的简化 10
3.4.2 材料属性 10
3.4.3 网格划分 10
3.4.4 转鼓的约束和载荷 10
第四章 计算结果分析 13
4.1 结果分析 13
4.1.1 转鼓位移云图 13
4.1.2 转鼓应力云图 13
4.2 优化 14
第五章 总 结 17
致 谢 18
参考文献： 19
第一章 有限元的发展
1.1 课题研究背景
离心机与其它分离机械相比较，不但能够到湿度低的固体，而且能得到高纯度的液体。离心机有许多优点：提高劳动效率、高自动化、占地面积小、操作安全可靠等。转鼓是离心机非常关键的组成部分，是一个绕轴线高速旋转的圆筒状组件，通常由电动机驱动。转鼓内装有悬浮 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
液后，高速运转，在离心力的作用下，各成分被分离，并且被分别排出。通常，离心机转速越高，分离效果越好。上个世纪七十年代末，我国就开始引进螺旋离心机，模仿了国外著名公司生产的各种卧螺离心机。近几年，离心机在我国得到了较快的发展，大量应用于化工、石油、食品、制药、水处理、煤炭等部门。对于离心机的研究也不曾停止，取得了大量的研究成果，对主要部件进行有限元分析[13]。离心机转鼓的筒体与拦液板或转鼓底等连接点处会产生一个称为边缘应力的附加应力传统的边缘应力计算方法很繁杂、耗时。并且，对于结构形状很复杂的转鼓用传统计算方法也无能为力[4]。只能用有限元分析技术。
有限元分析技术能够求解复杂的数学或者物理问题，利用这种技术方法，可以了解各种复杂工程问题，并且能够就工程设计甚至工程事故进行具体的评判。在现代工程设计的行业，有限元分析已经被列为规范并且必须要强制执行其分析过程。所以，在信息技术高度化发展的今天，有限元分析技术已经成为科技研究、产品设计生产、数据优化必不可少的重要手段。
1.2 有限元分析各个时期的发展
离散化这一分析思想可以追溯到上个世纪的40年代。首次提出用元素法求解问题的是俄罗斯的工程结构工程师Alexander Hrennikoff，1941年，他利用这一思想方法成功求解弹性力学方面的问题，虽然这一思想在当时仅限于求解杆系结构的问题，但还是证明了这一思想，并且杆系结构的解是精确的，发展到现在，就是大家熟知的矩阵分析法。究其本质，并不能说明这就是有限元分析的思想，但结合如今的理论，都被称为广义有限单元法。为了表征翘曲函数，德国数学家Richard Courant将截面划分为若干个三角形区域，将函数设定在区域内，这就是实际意义上的有限单元法的思想，在计算机出现后，这一思想得到了推广。
在航空工业中最早用到有限单元法的是美国波音公司的研究专家，其采用三节点式的三角形单元，将矩阵位移法应用到了平面问题。对于这一思想的基础理论做出贡献的有很多科学家，其中，希腊的科学与工程计算机应用先驱John Hadji Argyris 教授是有限元法的创始人之一，他为有限元法奠定了理论基础，作出了巨大的贡献。美国科学家Ray William Clough在他的论文《平面应力分析的有限单元法》中首次提出了“有限单元法”这一词，至今，这一名称得到了认可。
到了上个世纪60年代，有限与分析技术应用越来越广泛，发展也十分迅速，许多数学家参与到这一技术中去，奠定了这一思想的理论基础，分清了有限单元法和变分法的关系，各种单元模式得到了发展。
上个世纪70年代到现在，有限元法进一步发展，所有工程领域都可以运用到这一思想，从变分法有限元拓展到加权残值法与能量平衡法有限元，从平面问题和线性问题到空间问题，从静力学到动力学，从人为计算到计算机计算。许许多多的复杂工程问题因此迎刃而解。
掌握有限元分析这一技术已经成为现代工程设计人员和科研人员必不可少的技能[6]。
1.3 课题研究内容与目标
本课题的主要研究内容是对高速旋转的转鼓进行有限元分析。利用UG和HyperMesh软件对转鼓三维建模、划分网格、受力分析，最后得出其位移云图和应力云图，并对得到的图进行分析判断，最后，对转鼓行进优化，达到转鼓运行可靠安全，生产制造高效率的目标。
第二章 有限元概念与理论
2.1 有限元的概念
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