基于FEA的蒸压粉煤灰砖机机架的比较分析-蒸压粉煤灰砖.docx

基于FEA的蒸压粉煤灰砖机机架的比较分析|蒸压粉煤灰砖摘要：本文通过对两种蒸压粉煤灰砖机机架的有限元分析（FEA）比较，展示不同结构、不同受力状态下的算例仿真和创新设计思路。实践在基于虚拟样机设计的仿真平台上使用分析工具的方法和流程。关键词：蒸压粉煤灰砖；有限元；SolidworksSimulation；应力集中；屈服强度中图分类号：TU52文献标识码：A历史背景：蒸压粉煤灰砖是1960年后发展起来的、具有中国特色和自主知识产权的一种新型墙体材料和生产技术。在20年代末期，武汉市硅酸盐制品厂对其引进的300t压机进行了技术改造，砖的强度和各项指标均有较大的提高，强度均达到了MU2.0，可用于7层民用建筑，受到了客户的好评。传统机械式压砖机大多为8孔、16孔圆盘砖机，压力为60t、80t和120t。由于压强低，其压制过程受砖机机械运动制约，不能根据坯料的特点随时变换压制过程，使砖坯尺寸误差较大，质量不稳定。再者这种传统压机自动化程度太低，能耗高，人工多，这种设备根据2011国家产业结构调整指导目录，已被列为淘汰类。之后，河南恒通源公司投资2300万元引进了德国LASCO公司生产灰沙砖的800t液压机，经过对设备进行改造，在平顶山建设了蒸压粉煤灰砖生产线，生产不同规格、尺寸的粉煤灰制品，开创了国内外利用蒸压工艺、高掺量生产高强度粉煤灰制品先河。又根据国家产业政策的调整，禁实力度不断加大，给蒸压粉煤灰砖的发展和进步带来的新的生机和活力。由上述可知，砖机的性能是蒸压粉煤灰砖生产线最重要的环节，设计与生产砖机就显的极其重要，本文在砖机设计中引用了FEA（FiniteElementAnalysis）技术，通过有限元分析对砖机机架的结构形式选择和论证提供了充分的理论依据。1有限元分析的理论基础和方法优势1.1有限元分析的理论有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。还利用简单而又相互作用的元素（即单元）就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。1.2有限元分析的必要条件和实现方法有限元分析可分成三个阶段，前置处理、计算求解和后置处理。前置处理是建立有限元模型，完成单元网格划分；后置处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。进行有限元分析前，首先要利用CAD创建或直接读入有限元几何模型，然后定义边界条件、材料属性和受力情况；其实在此基础上进行网格单元划分，根据零件大小、形状等条件确定单元格大小；最后施加载荷进行模拟求解。运用软件平台来生成控制每个单元行为的方程式，其中包含了每个单元与其它单元之间的联系。这些方程式将响应与已知的材料属性、约束和载荷相关联，再将这些方程式组织成一大组需求解的代数方程式，然后求解未知量。在应力分析中，软件解算器采集到每个单元节上的位移，然后按程序计算应变，并最终计算出应力。1.3SolidworksSimulationSolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，也是最流行的三维设计软件之一。Solidworkssimulation是一个与solidworks完全集成的设计分析系统。solidworkssimulation提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、扭曲分析、优化分析、线性非线性分析、疲劳分析等。本文只简单涉及到应力分析和线性分析。2蒸压粉煤灰砖机机架的有限元分析目前蒸压粉煤灰砖机的种类繁多，机械类逐渐淘汰，液压成为了主流。以LAEIS陶瓷压机改造的福建海原、洛阳中冶和马鞍山科达为上压式压机，其机架的基本结构为三梁四柱；德国LASCO、河南机械院和郑州德亿压机为下压式，机架采用三梁四柱和箱体框架式。压机的上压和下压各有优缺点，各有利弊，本文不做论述。工作原理大致相同，固定下梁或上梁的油缸带动工作台上下运动，四周导向使工作台始终工作于一轴线方向，工作台带动模具冲头使物料在模腔中挤压，将力传递于上梁或下梁，经过预压、成型压和保压三个阶段后，附缸脱模，有机械手抓出完成一个循环。本文以河南机械院的1280t箱体框架式（图a）和三梁四柱式（图b）机架作为模型进行有限元分析。2.1箱体框架式机