振动盘结构强度分析及结构参数优化

摘要

振动盘式干燥机利用振动原理和传导换热原理对物料进行干燥，振动盘是进行干燥生产的主要部件，在干燥过程中承受热载荷和交变结构载荷，受力情况较为复杂。本文利用有限元软件ANSYS Workbench对振动盘进行了静强度分析、热-结构耦合分析和疲劳强度分析，并在提高热水传热效率方面对振动盘做了结构上的优化。
　　首先对振动盘进行结构静力学分析，结果表明振动盘在静止时结构强度非常安全。
　　在结构强度分析方面，本文重点对振动盘进行热-结构耦合分析和疲劳强度分析。首先设置热水的工作参数，进行计算流体力学分析，得到热水的温度分布;然后设置相关导热、对流换热和热辐射参数，进行稳态热分析，得到振动盘的温度分布;进而将振动盘的温度分布作为热载荷导入结构强度分析，同时考虑热载荷和交变结构载荷最大值的作用对振动盘进行了热-结构耦合分析，结果表明振动盘的结构强度满足生产要求;最后同时考虑热载荷和交变结构载荷的作用，适当处理了焊接应力对疲劳强度的影响，使用应力-寿命曲线计算得到振动盘的疲劳寿命、安全系数和等效交变应力分布，结果表明，振动盘的疲劳强度满足生产要求。
　　在结构参数优化方面，本文重点对支撑管进行了优化以提高振动盘的传热效率。依次得到了支撑管的形状、分布形式、尺寸和数量对传热情况的影响。结果表明:使用横截面为三角形的支撑管后热水温度分布得到了部分改善，支撑管周围没有了局部高温区，但总体上的温度分布仍不能让人满意;使用横截面为正方形的支撑管后热水的温度分布情况得到了进一步的改善，但入口处高温区面积较大;支撑管并排排列时热水的温度分布情况恶化;减小支撑管尺寸时热水的温度分布情况先优化后劣化;增加支撑管的排数后热水的温度分布情况大大改善，振动盘内热水温度分布很均匀，高温区很小，热水出口温度也较低。在上述方案中，采用6排，每排12个且交叉分布的横截面为50mm边长的正方形支撑管时热水的温度分布情况最令人满意，将其选为最终优化方案并校核了该种结构下振动盘的各种结构强度，结果表明强度满足生产要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及背景情况

1．2 干燥设备的国内外研究现状与发展动态

1．3 振动盘式干燥机及振动盘工作过程简介

1．4 选题依据

1．5 课题的理论意义与实际应用价值

1．6 主要研究内容

第2章 有限元及传热学相关理论

2．1 有限元分析及ANSYS Workbench简介

2．1．1 有限元分析简介

2．1．2 ANSYS Workbench软件简介

2．2 紊流现象及其对流体传热过程的影响

2．3 热传递方式

2．3．1 热传导

2．3．2 热对流

2．3．3 热辐射

第3章 振动盘的结构静力学分析

3．1 线性静力分析基础

3．2 Workbench与线性静力学分析

3．3 静强度理论

3．4 对静强度分析中焊接残余应力的处理

3．5 振动盘静力学分析有限元模型的建立

3．6 振动盘静力学分析结果

3．7 本章小结

第4章 热水的温度分布求解

4．1 计算流体力学简介

4．2 振动盘中热水的温度分布求解

4．2．1 CFX分析有限元模型的建立

4．2．2 CFX分析预处理

4．2．3 CFX计算结果

4．3 本章小结

第5章 振动盘的热-结构耦合及疲劳强度分析

5．1 热-结构耦合分析简介

5．2 振动盘的热分析

5．2．1 振动盘中热量传递过程分析

5．2．2 温度载荷的载入

5．2．3 振动盘热分析计算结果

5．3 振动盘的热-结构耦合强度分析

5．3．1 热分析结果的载入

5．3．2 结构分析预处理

5．3．3 振动盘热-结构耦合强度分析结果

5．4 振动盘的疲劳强度分析

5．4．1 疲劳强度理论

5．4．2 对疲劳强度分析中焊接残余应力的处理

5．4．3 疲劳曲线的确定

5．4．4 疲劳强度分析预处理

5．4．5 振动盘疲劳强度分析结

5．5 本章小结

第6章 振动盘的结构参数优化

6．1 振动盘结构参数优化方案的制定

6．2 振动盘结构参数优化

6．2．1 改变支撑管的形状

6．2．2 改变支撑管的分布形式

6．2．3 改变支撑管的尺寸

6．2．4 改变支撑管的数量

6．3 结构优化后振动盘的结构强度校核

6．3．1 振动盘的静强度校核

6．3．2 振动盘的热-结构耦合强度校核

6．3．3 振动盘的疲劳强度校核

6．4 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果