印刷机纸托底辊应力场有限元分析-叶重祖.docVIP

印刷机纸托底辊 应力场有限元分析 所在系部：机电工程系 班级：材料B091 姓名：叶重祖 学号：200902034135 印刷机纸托底辊受力的有限元分析 摘要：本文通过对打印机工作过程中底辊所受力纸张拉力和自重和应力场分布进行有限元模拟，探讨分析了应力场分布对底辊工作过程的影像。为打印机纸托底辊的疲劳损伤机理研究提供了技术储备和参考。 关键词：柔印机底辊，面压力，有限元模拟，应力场，有限元模拟，热疲劳损伤，应力变形。 正文：目前打印机已成为日常办公必不可少的工具之一，印刷机纸托底辊是打印机重要的组成部分，底辊工作过程中所受力纸张拉力F为1400N，相比于其它载荷而言，纸张拉力产生的面压力和自重是最大的，也是产生挠度的主要载荷，纸张拉力产生的面压力作用范围就是纸张与滚筒的接触部分。由于热损伤和疲劳损伤都与底辊工作过程中的温度场和应力场分布有密切的关系，本文拟结合具体印机纸托底辊的结构，利用建模软件对其建模，通过有限元模拟其工作过程中的温度场和应力场分布，为进一步研究车轮的热疲劳损伤提供技术参考。这是一次静力分析模拟，一般步骤为： ?1、确定结构的分析方案注意线性单元和高次单元的使用；对称性等简化方法的运用 2、根据分析的类型确定单元类型、实常量等，特别是单元类型的某些选项3、设定材料模型； 4、采用各种方法建立模型尽量采用几何体素直接建模 5、将材料、实常量等参数赋给模型，在某些情况下可以同时指定方向点； 6、按情况划分网格：自由网格，设置合适的网格密度等7、在生成节点和单元后，根据实际情况定义接触单元、自由度的耦合及约束方程等 8、施加力和约束等； 9、求解：注意设置合适的求解选项处理菜单获得计算结果等 11、评价分析结果。 图1.1 柔印机底辊的CAD模型 该柔印机底辊的主要几何、材料等特征如下所述。 该底辊由主轴和滚筒两部分组成。轴头为阶梯状，并有大量的圆角、倒角，键槽等。底辊材料为45调质钢，滚筒表面镀硬铬。 底辊的主要几何参数如下：底辊总长1928mm，滚筒长1468mm，外径129.36mm，内径104mm，阶梯轴的长度由左向右依次为：30mm，135mm，53mm，65mm，49mm，125mm；直径大小依次为：45mm，60mm，65mm，60mm，45mm，35mm。材料各项物热参数如下：弹性模量E =3.0×105 MPa，泊松比μ=0.3 ,密度ρ=7.85g/cm3。 分析： 由于底辊是轴向对称的，建模时可以用对称性建模，以平面建立体。 输入载荷的确定 滚筒受力如图所示 ,在施加载荷前对滚筒和阶梯轴两端进行耦合，输入载荷时为在纸面包裹的滚筒的面积上施加均布载荷 q=29.67N/m ，在滚筒中心施加重力。 3. 这个底辊所受力纸张拉力F为1400N，相比于其它载荷而言，纸张拉力产生的面压力和自重是最大的，也是产生挠度的主要载荷，主要有面压力、自重和轴承约束等。施加的载荷应为单位面积的力。 4.套筒和轴承紧密接触，需要进行面耦合。 二、建模 （1）在ANSYS软件中输入数据，先建立面模型，如图2.1。再旋转面得到体，注意倒角和键槽，如图2.2。为了方便后面施加力，用叠分出受力部分，如图2.3所示。 图2.3 体叠分效果 （2）设定单元网格，划分单元。 单元网格设定为15mm,单元类型为Tet Soid 10 node 90。网格划分结果如 图2.4所示。 图2.4 划分网格结果 （3）进行耦合。 由于是面耦合，首先得使用“selet”精确选择滚筒的内面和轴中直径为104梯度轴面，即滚筒和辊轴接触面。选中结果和耦合结果分别如图2.5，图2.6。 图2.5 图2.6 （4）设定材料属性，施加约束、载荷、重力 ①由查表得知： 45号钢 密度 泊松比 杨氏模量 7890kg/m3 209000GP ②在阶梯轴直径45mm处分别有轴承约束，并在之前体叠分部分施加力。 ③经过计算，梯度力的斜率为1.23，受力体从套筒的115.53°到152.675°方向是单调递增，单位面积的法向压力由0N增到30N；从152.675°到189.82°方向是单调递减，单位面积的法向压力由30N减到0N。 ④施加重力。 施加载荷完毕效果如图2.7，图2.8 图2.7 耦合、约束、重力、载荷宏观图 图2.8 梯度载荷侧视图 计算结果分析及其结论总结 图3.1显示的为变形形状图 图3.2节点位移云图 图3.3显示底辊工作过程的应力场分布 图3.4等值线 综上可知： 1.根据图示可以看出该柔印机底辊工作过程中个部位受力非均匀受力，中间部位变形较大