螺带式混凝土搅拌装置数值分析与优化研究

摘要

伴随我们国家开发基础建设的进展越来越快，对混凝土品质和拌合效率也越来越高，作为混凝土制备的主要设备之一，对混凝土搅拌机性能也逐年提升。论文选用新型的螺带式双卧轴混凝土搅拌机为研究对象，通过理论分析、数值仿真以及实验验证，分析各参数对正常工况下搅拌装置等效应力以及整体质量的影响并对其进行优化，最终确定螺带式双卧轴搅拌机最佳的结构参数组合。
　　论文分析螺带式双卧轴混凝土搅拌装置结构参数，结合拌合过程中物料的运动方式，以搅拌槽长宽比、搅拌轴轴径、搅拌叶片螺旋形式、搅拌叶片升角等结构参数为优化目标，建立螺带式双卧轴混凝土搅拌机三维模型及搅拌装置生产阻力的动力学方程，分析搅拌装置载荷步的施加的方式。为进行搅拌装置动态仿真分析打下基础。
　　确定搅拌装置相关参数取值范围后，采用ANSYS动态仿真分析模块对搅拌装置拌合过程进行数值仿真，分析搅拌装置在拌合过程中的应力及应变变化情况，建立螺带式双卧轴混凝土搅拌实验样机进行动态应力测试实验，对比分析螺带式混凝土搅拌虚拟样机的仿真结果与实验样机得到的实验结果之间的规律，验证仿真模型的可靠性，为搅拌装置优化设计提供了参考。
　　结合虚拟样机仿真，采用ANSYS优化设计模块对螺带式混凝土搅拌装置进行优化设计，得到搅拌装置较优的结构参数匹配。建立了优化前后的搅拌装置流场仿真模型，对其拌合物料过程中搅拌槽中流场变化进行比对分析，得出优化后的螺带式搅拌装置具有较优的搅拌性能。
　　此课题为螺带式混凝土搅拌装置的几何结构参数优化提供了有效的理论依据和数据支持，实现了搅拌装置优化设计的目的;采用仿真软件对拌合过程中应力和流场进行数值仿真的方法，为搅拌设备的设计优化节省了大量的实验工作，缩短混凝土搅拌设备研发周期，提高了其可靠性，具有很好的理论意义和实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 混凝土搅拌机研究现状

1．1．1 国外搅拌主机的研究现状

1．1．2 国内搅拌机的研究现状

1．2 课题的提出

1．3 课题研究内容和意义

1．3．1 课题的主要研究内容

1．3．2 课题研究意义

第2章 螺带式混凝土搅拌机参数分析

2．1 螺带式混凝土搅拌机的结构特点

2．2 搅拌槽长宽比分析与设计

2．3 搅拌轴的参数分析

2．3．1 搅拌轴材料选取

2．3．2 搅拌轴轴径的设计计算

2．4 搅拌臂的数量和排构

2．5 螺带搅拌叶片螺旋形式及螺旋升角

2．5．1 螺带搅拌叶片螺旋形式分析

2．5．2 螺带搅拌叶片螺旋升角分析

2．6 螺带式搅拌机构工作参数分析

2．6．1 混凝土拌合物料的流变特性

2．6．2 搅拌速度的分析计算

2．7 本章小结

第3章 螺带式搅拌机搅拌装置虚拟建模及动态仿真分析

3．1 搅拌装置有限元分析的流程

3．2 螺带式双卧轴搅拌机的虚拟建模

3．3 搅拌装置的动力学仿真分析

3．3．1 搅拌装置微元动力分析及动力学方程的建立

3．3．2 ANSYS设置及动载荷的施加

3．3．3 搅拌装置仿真结果及分析

3．4 本章小结

第4章 螺带式混凝土搅拌机搅拌装置的动态应力测试实验

4．1 测试动态应力实验的目的

4．2 搅拌装置的动态应力测试实验

4．2．1 实验样机和实验仪器

4．2．2 选择检测点及测试处理

4．2．3 实验工况和采集数据

4．3 动态应力测试实验的结果与分析

4．4 本章小结

第5章 基于ANSYS螺带式混凝土搅拌装置的设计优化研究

5．1 混凝土搅拌装置参数优化模型建立

5．2 混凝土搅拌装置的参数优化设计

5．3 混凝土搅拌装置的优化结果与分析

5．3．1 搅拌装置变量敏感度结果与分析

5．3．2 搅拌装置结构参数优化结果及分析

5．4 基于ANSYS Fluent的搅拌装置优化后搅拌流场分析

5．4．1 搅拌装置流场仿真前参数条件设置与选择

5．4．2 搅拌装置流场仿真结果对比及分析

5．5 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢