【正文】 圖 夾具 用 1MPa 的水壓進(jìn)行試驗(yàn)，載荷時(shí)由 1MPa 的水壓和水的自重兩部分組成。 1Mpa= 106Pa=10 個(gè)大氣壓，相當(dāng)于 的水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，而此防爆柜的長(zhǎng)寬不足 ，相對(duì)于 1MPa 的水壓可以忽略不計(jì)。因此只對(duì)防爆柜的內(nèi)部五個(gè)表面施加 1Mpa 的面壓力。 有限元的主要目的是檢查結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)一定載荷的影響，因此，在分析中指定合適的在和條件是獲得高精度計(jì)算結(jié)果非常關(guān)鍵的一步。箱體主要受兩個(gè)方面的力，即試驗(yàn)時(shí)施加 的水壓力和水自重產(chǎn)生的壓力。施加的水壓為 1MPa，其方向?yàn)榇怪庇诟魇芰Ρ砻妫核灾匦纬傻膲簭?qiáng)可以通過(guò)計(jì)算得出，方向也垂直于各受力表面，計(jì)算公式為： P=ρ gh P—— 壓強(qiáng) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ρ —— 水的比重， 1X103kg/m3 G—— 重力加速度， h—— 受力位置水的深度 圖 外部載荷 對(duì)此防爆柜進(jìn)行網(wǎng)格劃分，整個(gè)防爆柜都是將鋼板焊接起來(lái)的，不存在橫梁、薄殼等其他結(jié)構(gòu)，并且焊接的結(jié)構(gòu)效果和鋼板的整體材料效果相同，所以只需將其看成實(shí)體進(jìn)行網(wǎng) 格劃分。在網(wǎng)格參數(shù)里選擇網(wǎng)格大小為 50mm，公差為 。定義邊界約束和施加載荷后，下一步就是對(duì)箱體劃分網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格是建立箱體有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問(wèn)題比較多，需要的工作量比較大，所劃分的網(wǎng)格形式對(duì)箱體的計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模將會(huì)產(chǎn)生直接影響，影響計(jì)算的主要因素包括網(wǎng)格數(shù)量和網(wǎng)格密度。 網(wǎng)格數(shù)量的多少將影響箱體計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算規(guī)模的大小。一般來(lái)講，網(wǎng)格劃分的越細(xì)，計(jì)算精度會(huì)有所提高，同時(shí)，網(wǎng)格劃的越細(xì)，產(chǎn)生的單元數(shù)，結(jié)點(diǎn)數(shù)及自由度數(shù)越多，計(jì)算變得就越復(fù)雜，所需的計(jì)算機(jī)資源， CPU 運(yùn)行時(shí)間也越多。 在有限元分析中，確定單元類型是很重要的。在結(jié)構(gòu)靜立分析中，要用到地典型的單元類型有：線單元、二維單元、三維實(shí)體單元等。一般來(lái)說(shuō)，選取單元類型的要點(diǎn)是 :采用解決問(wèn)題所必須的自由度數(shù)目最小的單元類型。當(dāng)然，單元類型的選舉取決于分析對(duì)象的結(jié)構(gòu)類型和幾何形狀，還受到載荷類型和作用方向、變形的假設(shè)、應(yīng)變分布及分析所要的精度等諸多因素的影響。一般原則是：一維單元（桿、粱和彈簧等）用于離散“線”類結(jié)構(gòu)（如桁架、梁結(jié)構(gòu)等）；二維單元（平面應(yīng)力、平面應(yīng)變軸對(duì)稱和薄殼等）用于離散“面”類結(jié)構(gòu)（如板殼 結(jié)構(gòu)）；三維單元（厚中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 殼和實(shí)體等）則用于離散“體”類結(jié)構(gòu)（如塊體結(jié)構(gòu)）。這里所謂的一維、二維和三維，并非指單元所適用結(jié)構(gòu)的實(shí)際類型，而是它所能得到的結(jié)果種類。例如，薄殼單元能離散三維的結(jié)構(gòu)，但其分析的結(jié)果卻是二維的。在選取單元時(shí)，要特別注意不同類型的單元連接處的處理問(wèn)題。這些連接處的多余的結(jié)點(diǎn)自由度必須采取適當(dāng)?shù)霓k法加以消除，以保證單元間的協(xié)調(diào)。 綜上所述，在本課題中，由于箱體零件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，宜采用 3D 實(shí)體單元類型。 圖 網(wǎng)格劃分 點(diǎn)擊運(yùn)行，獲得應(yīng)力、應(yīng)變和位移圖 。 圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 位移圖 圖 應(yīng)變圖 從應(yīng)力圖中可以明顯看出防爆柜整體的普遍應(yīng)力都大于普通碳鋼的屈服強(qiáng)度，所以判定為不合格。從位移圖中看出最大位移為 6mm，發(fā)生在后板的中間。綜上分析，可以在后板上面焊接一個(gè) 30X30 方鋼來(lái)增加后板的強(qiáng)度。 優(yōu)化后的結(jié)果 : 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 圖 應(yīng)力圖 圖 位移圖 圖 應(yīng)變圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 通過(guò)加方鋼的防爆柜和不加方鋼的防爆柜計(jì)較，可以發(fā)現(xiàn)加方鋼的防爆柜要比不加方鋼的防爆柜所受的 應(yīng)力和位移要小得多，并且滿足屈服強(qiáng)度要求。所以選擇加方鋼的防爆柜這個(gè)方案。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 總結(jié) 當(dāng)今世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，用戶對(duì)產(chǎn)品的性能要求越來(lái)越高，同時(shí)要求產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期越來(lái)越短。若想在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中占有一席之地，依靠傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是行不通的，必須采用先進(jìn)的三維有限元分析技術(shù)，在 Simulation 軟件的支撐下，可以即時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，并針對(duì)分析結(jié)果提出修改方案，再計(jì)算修改，如此反復(fù)，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。大幅度提高設(shè)計(jì)制造效率，對(duì)提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)水平、快速響應(yīng)市 場(chǎng)、降低成本具有十分重要的意義。 本文采用了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，以山西普松自動(dòng)化電氣分公司設(shè)計(jì)的防爆柜為研究對(duì)象，對(duì)該防爆柜的箱體進(jìn)行有限元分析，找出了箱體受力薄弱環(huán)節(jié)，并采取了有效的改進(jìn)措施，取得了顯著的成效。根據(jù) ，順利通過(guò)了 1MPa 的水壓強(qiáng)度和隔爆性能測(cè)試，達(dá)到了很好的效果，驗(yàn)證了理論計(jì)算值是正確的、可靠地。 通過(guò)對(duì)變頻器防爆柜的有限元分析，可以得出如下結(jié)論 。 (1) 有限元可以對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行有效地分析，對(duì)復(fù)雜零部件的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了重要的技術(shù)手段，減少設(shè)計(jì)的盲目性。 (2) 有限 元可以計(jì)算出箱體三維實(shí)體上任意節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移值，也可以查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)任意方向的應(yīng)力、應(yīng)變、位移值。 (3) 使用有限元法，可以在設(shè)計(jì)階段對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)算，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，并進(jìn)行即時(shí)的修改，大大增強(qiáng)了設(shè)計(jì)功能，減少了設(shè)計(jì)成本。 (4) 在進(jìn)行有限元分析時(shí)，有些結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)雜，零部件較多，計(jì)算量很大，因此在建模時(shí)進(jìn)行一定的簡(jiǎn)化處理，略去或簡(jiǎn)化一些對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大的零件。 (5) 有限元改變了傳統(tǒng)的“設(shè)計(jì) —— 制造 —— 試驗(yàn) —— 修改設(shè)計(jì) —— 再制造 —— 再試驗(yàn)”等設(shè)計(jì)制造方法，縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。以前用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研制開(kāi)發(fā)一臺(tái)新 型變頻器防爆柜需要的周期一般為 2年，需要制造 4臺(tái)樣機(jī)，才能完成水壓強(qiáng)度試驗(yàn)和防爆試驗(yàn)，這次采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，從產(chǎn)品的研究、設(shè)計(jì)、樣機(jī)的試制，到水壓強(qiáng)度試驗(yàn)和防爆試驗(yàn)的順利通過(guò)，只用了 4 個(gè)月的時(shí)間，而且一次試制成功，節(jié)省了大量的時(shí)間和費(fèi)用，表明這種方法對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是特別有效的。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 參考文獻(xiàn) [1] . 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Oxford: ButterworthHeinemann, 2021 12281. 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 附錄 A 山西 防爆電機(jī) 公司防爆柜參考圖 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 致謝 首先感謝我的導(dǎo)師張啟升老師，他的耐心和博學(xué)多才讓我佩服。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于是第一次接觸有限元這個(gè)課題，我遇到了許多的困難和問(wèn)題，在剛開(kāi)始時(shí)，我對(duì)有限元及其軟件不是很懂，張老師耐心的為我講解，并為我推薦各類有限元方面的書(shū)籍。此后張老師又不斷地為我解決設(shè)計(jì)中遇到的各類問(wèn)題，在畫(huà)圖以及寫(xiě)論文的時(shí)候，張老師又為我改出圖紙中的各處錯(cuò)誤?？梢哉f(shuō)沒(méi)有張老師的耐心指導(dǎo)，我不可能準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)確的完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。現(xiàn)在想 來(lái)，在導(dǎo)師的攙扶下走過(guò)的這半年，自己還真的長(zhǎng)進(jìn)不少，張老師，非常感謝您！ 畢業(yè)設(shè)計(jì)是溫故而知新和不斷提升的過(guò)程。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的重要性，尤其是自我控制能力的培養(yǎng)。同時(shí)也讓我明白了，學(xué)習(xí)就要學(xué)會(huì)深入，不要三心二意，要學(xué)會(huì)細(xì)心，要有耐心，否則一無(wú)所成。設(shè)計(jì)的過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜繁瑣的，需要研究討論很多問(wèn)題，不是一個(gè)人可以完全做出來(lái)的，這要感謝給我?guī)椭母魑煌瑢W(xué)，他們給了我很多寶貴的意見(jiàn)和參考，才使我不致陷入錯(cuò)誤和困境中。還要感謝中北大學(xué)圖書(shū)館及圖書(shū)館熱情的管理員為我提供豐富的參考資料。 再次感謝我的指導(dǎo)老師張老師對(duì)我的多次指導(dǎo)，對(duì)我設(shè)計(jì)中的不足及時(shí)指出，讓我的設(shè)計(jì)在短時(shí)間內(nèi)得以完成。 最后感謝所有關(guān)心、幫助過(guò)我的老師，朋友和同學(xué)！