基于ansys的搅拌叶片有限元建模与分析

基于ansys的搅拌叶片有限元建模与分析

ansys软件是集成结构、流程、电池、磁体、声音场分析于一体的通用有限分析软件。它能与多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换,如Pro/Engineer,NASTRAN,Alogor,I-DEAS,AutoCAD等,是现代产品设计中的高级CAD工具之一。搅拌筒的变螺距螺旋曲面,造型复杂,多数用户采用Proe/E或UG进行建模,建模完成后利用软件接口将其线框模型以IGES文件的形式导入ANSYS软件进行网格划分,但是导入的模型具有不完整性,给ANSYS网格划分带来困难。鉴于此,笔者探讨了螺旋叶片在ANSYS中的建模分网。1中圆数对形貌结构的数学模型如图1所示的8.5LP型搅拌车。已知搅拌罐的外形尺寸,搅拌叶片设计参数(表1)。选择拌罐前锥与圆柱段叶片为平直截面,前锥叶片与罐壁垂直焊接,叶片母线B1=380mm;圆柱段叶片母线B2=380mm,与搅拌罐轴线成74.11°焊接,后锥段叶片与搅拌罐轴线成93.87°焊接,且后锥段叶片母线沿出料方向逐渐减小。螺旋叶片的前后锥采用非等变角对数螺旋线,如图2所示,中圆采用等角对数螺旋线如图3所示。图2对数螺旋线的方程为:其中:ρ=ρ0esinθ/tanβ·φ,则θ为半锥角,φ为螺旋转角,β为螺旋角,ρ为极径,利用参数t,其默认变化范围0～1。其中:δ(t)=1-cos(t),(0≤t≤π/2),θ代表半锥角,β代表螺旋转角,μ代表叶片与搅拌筒轴线的夹角,B代表螺旋叶片母线的长度。将公式(1)中的变量写成t的函数,根据螺旋线方程可以给出前锥对数螺旋线的方程: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为前锥初始极径,θ1为前锥半锥角,r代表极径。同样可给出后锥的螺旋线方程。方程为:式中:R为圆柱半径;φ螺旋转角;β螺旋角。2创建前锥螺旋叶片kwpa酶基于以上表达式,可以写出在ANSYS中创建对数螺旋曲线的命令流如下:*afun,rad/prep7et,1,shell181r,1,5mp,ex,1,2.12e3mp,nuxy,1,0.3pi=acos(-1)*do,t,0,999,1!创建前锥叶片根部螺旋线的关键点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!创建中圆叶片根部螺旋线的关键点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!创建后锥叶片根部螺旋线的关键点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!创建前锥螺旋叶片顶部关键点kwpave,iwprota,,,0.2cswpla,10+icsys,10+ik,,500*enddo*do,i,1001,1835,1!创建中圆螺旋叶片顶部关键点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!创建后锥螺旋叶片顶部关键点kwpave,iwprota,,,0.21cswpla,1848+4861-icsys,1848+4861-ik,,500*(1-7/250-(4862-i)/5000)*enddo其中n,n1,n2分别代表前锥,中圆,后锥螺旋转角,θ1为前锥半锥角,θ2为后锥半锥角.然后输入bsplin命令将关键点进行连接得到如图4所示的螺旋线,再使用al命令,生成如图5所示的螺旋叶片。从以上两图可以看出生成的螺旋线和螺旋叶片光滑平顺,为下一步的网格划分奠定了基础。3映射网格划分ANSYS有3种网格划分的方法:自由网格划分、映射网格划分、自由网格和映射网格混合划分,为避免划分网格后出现形状异常的单元,提高计算精度,则采用映射网格划分。选择所有的面进行映射网格进行划分,单元长度为40mm,在ANSYS中输入以下命令:esize,40mshape,0mshke