可视化虚拟设计技术在纸机压榨辊CAE分析中应用.pdfVIP

华东六省一市造纸学会第二十一届学术年会》暨‘江苏省造纸学会第九届学术年会》论文集 可视化虚拟设计技术在纸机压榨辊 CAE分析中的应用 周家付吴解生 (南京林业大学化学工程学院，南京市，210037) 建立了该压榨辊的有限元模型，进行了精确的网格划分，确定了模型的约束和加载的位置及形式，对实际工况下的压榨辊进 行了强度和刚度分析，确定出压榨辊工作过程中的最大应力部位及变形趋势，为设计纸机压榨辊提供了重要依据。 关键词：压榨辊特征造型有限单元法强度和刚度 造纸机的压榨部的主要作用是用机械挤压的方法降低湿纸幅的水含量，提高纸幅进入干燥部的干度。 此外，压榨可以改善纸的表面质量，增大纸的紧度，纸的强度也有一定的提高。而普通造纸机的压榨部通 常是用2—5到双辊式压榨辊适当排列而成。可见压榨辊在造纸的过程中起着举足轻重的地位。又由于现 代制浆造纸技术设备日益向大型、连续、高速和自动化方面发展，特别是造纸机的幅宽和车速越来越大， 对造纸机的压榨辊的强度和刚度提出了更高的要求。加之，纸产品种类繁多，性能差异又大，对压榨辊的 设计、制造等提出了不同的要求。而这些都需要通过对辊子的的结构计算来满足，在对压榨辊进行分析计 算中，有限元己成为一种十分有效的手段。本文采用有限单元法对特征造型的压榨辊在实际工况状态下的 强度和刚度进行了分析计算。 1有限元简介 1．1有限元分析的基本概念 有限元作为一种先进的现代数值计算方法，在科技攻关中有着举足轻重的作用。有限元分析的力学基 础是弹性力学，求解的原理是加权残值法或泛函极值原理，实现的方法是数值离散技术，而它的技术载体 是专用的一些有限元分析软件。一般来说，有限元分析的主要类容包括：基本变量和力学方程、数学求解 原理、离散结构和连续体的有限元分析实现、分析中的建模技巧、分析实现的软件平台等。 1．2有限元求解的步骤‘ (1)结构的离散化；是指根据实际结构的特点确立单元类型，然后恰当选择单元的划分方案来划分 有限元网格，有效地逼近实际的连续体，以这样一个离散结构代替原有结构。 (2)位移函数的选择；结构离散化后，为了能用结点位移表示单元的位移、应力和应变，需假定单 元中位移的分布是坐标的某种简单函数(称为位移函数)。经常选择多项式作为单元的位移函数，多项式的 项数应等于结点的自由度数，它的阶项必须包含常数项和一次项。位移函数矩阵形式为：{厂}=IⅣI{d}； 、 ’ L- J、 ， (3)单元力学特性的分析：就是要求解应变、应力和结点力和结点位移关系式 先利用弹性力学知识通过分析可以导出结点位移表示的单元应变关系式： {s)=【三】{／)=[三】[Ⅳ】{d)=【B】{d) 737 ‘华东六省二立垄墼堂叁墨三±二星堂查竺垒!墅!垩茎笪垄堑兰全苎垄星兰查竺叁!笙奎叁 其中：{占)为应变分量列阵：【B】=陋】[^1称为几何矩阵，它是坐标的函数· 再由{仃)=[S】{d}，利用物理方程{盯)=【D】{g)推出： ) {盯}=【DⅡ召】{d=【S】{d) 其中[跚=【D】【明是与单元材料的物理性质和几何尺寸有关的应力转换矩阵。 最后求出结点力和结点位移关系式{尸)=陋】{d)，找出单元刚度矩阵【K】_，矿【B】7’【D】【B】dy· (4)非节点载荷的移置。 (5)整体分析并组建结构总刚度矩阵 设任意结点f连接着m个单元，则结点i的平衡方程为： 石11+E12-I-,-．+巧I肘=只l 互21+E22+…+巧2_=霉2 ％1+毛2-I-．--+＆舸=乓 对整体结构可以建立起若干类似上式的平衡方程组，把所有方程按结构的结点序号及自由度编号排列 到一起，可以写成矩阵形式为：【K】{“)={P)；这就是结构总刚度矩阵· 简言之，从宏观角度来看，有限元求解过程包括模型前处理、数值计算以及结果后处理。总体的分