基于ANSYS Workbench流固耦合对混凝土搅拌车叶片进行疲劳分析

摘要

随着我国建筑业的蓬勃发展，混凝土搅拌运输车的市场需求量也越来越大，随之相应的专业混凝土运输公司也如雨后春笋般出现在全国各地。现实已经证明，这种新兴的运输行业具有巨大的市场潜力，因此各个生产公司投入大量的资源，开展研究工作，用于提高各自产品的竞争力。混凝土搅拌运输车的核心部位就是其搅拌装置，而搅拌叶片是搅拌装置中必不可少且极其重要的部件，搅拌叶片的强度与刚度是否足够，疲劳寿命是否达标，这些都直接决定着混凝土搅拌运输车的使用寿命与使用品质，所以，对混凝土搅拌叶片进行强度及刚度校核、疲劳分析具有非常重要的意义。
　　本文采用有限元方法，运用 WorkbenchANSYS软件和CFD软件相结合，通过Pro/E软件进行三维实体建模，对混凝土搅拌运输车的搅拌系统，即搅拌罐体与搅拌叶片进行静力学分析，强度校核与疲劳分析，得到准确的分析数据有助于产品的提高与改进。
　　在对混凝土搅拌罐体进行静力学分析中，本文利用北方巴里巴公司所提供的B18N型搅拌车罐体数据，运用Pro/E软件进行几何三维实体建模，并根据已知的材料特性计算出罐体所承受的压力，然后导入Workbench平台中静力学分析模块进行分析，得到搅拌罐体变形最大的部位和封头与法兰受应力最大的部位，并介绍了一些常用的改进措施。
　　在对搅拌螺旋叶片进行强度校核与疲劳分析中，本文根据参考文献与几何学知识推导出搅拌叶片螺旋型线方程，配合北方巴里巴公司提供的混凝土搅拌叶片外部特征参数，运用Pro/E软件进行三维实体建模。再运用CFD软件对搅拌罐体内的混凝土进行数值模拟分析，并结合流固耦合分析方法得到螺旋搅拌叶片在搅拌与出料过程中所受的应力，并与传统应力分析结果进行对比，解决了传统方法计算搅拌叶片所受应力误差较大的问题。再在Workbench平台中采用专业的疲劳分析模块 Fatigue tools对叶片进行了疲劳寿命数值计算。结果表明：混凝土螺旋搅拌叶片疲劳安全系数最小的位置是其与搅拌筒壁的连接处，与其所受最大应力位置相同，最小安全系数远远大于许用安全系数，符合应力与疲劳强度要求。
　　本文的思想与研究方法对于混凝土搅拌运输车搅拌罐体与搅拌叶片的设计具有重大指导意义，从而可以有效地提高产品性能，提高产品的市场竞争能力，并对于研究和开发其它高性能机械产品具有一定的指导意义和实用参考价值。