基于ANSYS的盲孔压榨辊壁厚的优化设计.pdf

技术进步Technology

Theoptimaldesignforshell
thicknessofblindpressrolls
basedonANSYS
〉〉〉HOUShun-li,DENGZhi-xin(SchoolofPaperEngineering,ShaanxiUniversity
ofScienceandTechnology,Xi’an710021,Shaanxi,China)
基于ANSYS的盲孔压榨辊
壁厚的优化设计

>>>侯顺利邓知新（陕西科技大学造纸工程学院,西安,710021）

摘键要：为减轻盲孔压榨辊的重量，用
有限元软件ANSYS对压榨辊进行了参
数化建模和应力计算，并对辊体壁厚
进行优化设计，优化设计结果使辊子
的重量减少了13.8%。
关键词：盲孔压榨辊；ANSYS；参数化建
模；优化设计

Abstract:Inordertoreducetheweightofblind
pressrolls,ANSYS,afiniteelementsoftwarewas
usedtocarryoutparameterizedmodelingand
stresscalculation,andanoptimaldesignwas
performedonthethicknessoftherollshellwith
a13.8%reductioninrollweight.

2008Keywords:blindpressrolls;ANSYS;
parameterizedmodeling;optimaldesign

第

中图分类号:TS754
10
期文献标志码:B
文章编号:1007-9211(2008)10-0026-03
26

侯顺利，副教授，主要从事制浆造纸设备方面的教学与研究。
Technology技术进步

过氧由于国内关于压榨辊辊径的分析主要是凭经验计1011Pa，μ=0.3。进行求解后，初步的分析结果如图3所
算，这样设计出来的辊子往往是过强度设计、重量较大，示。由图示可知，辊体部分非常安全。
使性能的提高受到限制。同时，不利于运输和装配，而且过氧优化的目标是要使辊子的重量最小，由于轴头体积
制造成本提高。和质量不变，因此可以转化为求解辊子的最小体积。
过氧某型号的大辊径盲孔压榨下辊外形尺寸如图1所过氧用如下命令获取目标函数：
示。原设计中辊子重16729kg，承受线压力为350kN/m，过氧etable,vol,volu!建立一个单元表vol并用单元的
设计车速550m/min。由于辊体占有辊子大部分重量，体积填充
且结构简单，所以,只对辊体的壁厚尺寸进行优化设计。过氧ssum!对所有单元的体积求和
过氧*get,volume,ssum,,item,vol!将单元表和值赋
给目标函数volume
1.4机声明优化变量
过氧设计变量已经定义为r，其上下限为0.53～0.64m。
过氧状态变量用来体现优化的边界条件，辊体的边界条
件是压榨辊的最大应力小于许用应力，且最大挠度小于
许可挠度。辊体材料为HT300，当铸件壁厚为80～

150mm时，材料极限应力σb=195MPa，其许用应力[σ]
图1温大辊径盲孔压榨辊模型
=σb/n，由于辊体工作状况恶劣，又是铸件，因此安全因
素n的值可以取大一些，取n=5，所以许用弯曲应力[σ]
1新ANSYS优化设计=3.9×107Pa；同时许可挠度的值也取保守一些，取[f]
1.1机模型分析与简化=b/7000=5.57×10-4m，其中b为面宽[1]。所以状态变量
过氧由于辊子的结构及受力的对称性，因此只取原模型7-4
为σmax≤3.9×10Pa和fmax≤5.57×10m。
的1/2作为分析对象；因为研究的是辊体壁厚，所以可过氧目标函数
以简化轴头，将轴头上的倒角、槽省去；辊体上的包胶不需要给定范
层质量和刚度都很小，也可以省去；为了满足工作需围。
求，辊体的外径不能变，因此只能通过增大内径来减小1.5机指定优化
壁厚。方法
1.2机参数化建模过氧ANSYS提
1.2.1机初始化设计变量供了两种优化
过氧由于是对辊体壁厚进行优化设计，且外径不变，所方法：零阶法和

以分析中设计变量只有内壁半径r，初始值为0.53m。一阶法。零阶法ChinaPulp&aperIndustry

1.2.2机参数化模型的建立通过调整设计图2温有限元模型
过氧将模型分为辊体和轴头两部分，并采用自底向上，变量的值，用曲
即按点、线、面、体的顺序建模，单元选择SOLID45单元，线拟合法逼近
并采用映射网格划分，最后生成的有限元模型如图2。状态变量和目
No.10
1.3机加载求解并获取目标函数标函数，能解决
过氧辊子工作时承受的载荷有以下四种：对称截面的对大多数