【正文】 圖 夾具 用 1MPa 的水壓進行試驗，載荷時由 1MPa 的水壓和水的自重兩部分組成。 1Mpa= 106Pa=10 個大氣壓，相當于 的水柱產(chǎn)生的壓強，而此防爆柜的長寬不足 ，相對于 1MPa 的水壓可以忽略不計。因此只對防爆柜的內(nèi)部五個表面施加 1Mpa 的面壓力。 有限元的主要目的是檢查結構或構件對一定載荷的影響，因此，在分析中指定合適的在和條件是獲得高精度計算結果非常關鍵的一步。箱體主要受兩個方面的力，即試驗時施加 的水壓力和水自重產(chǎn)生的壓力。施加的水壓為 1MPa，其方向為垂直于各受力表面：水自重形成的壓強可以通過計算得出，方向也垂直于各受力表面，計算公式為： P=ρ gh P—— 壓強 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 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 對此防爆柜進行網(wǎng)格劃分，整個防爆柜都是將鋼板焊接起來的，不存在橫梁、薄殼等其他結構，并且焊接的結構效果和鋼板的整體材料效果相同，所以只需將其看成實體進行網(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重要環(huán)節(jié)，它要求考慮的問題比較多，需要的工作量比較大，所劃分的網(wǎng)格形式對箱體的計算精度和計算規(guī)模將會產(chǎn)生直接影響，影響計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算結果的精度和計算規(guī)模的大小。一般來講，網(wǎng)格劃分的越細，計算精度會有所提高，同時，網(wǎng)格劃的越細，產(chǎn)生的單元數(shù)，結點數(shù)及自由度數(shù)越多，計算變得就越復雜，所需的計算機資源， CPU 運行時間也越多。 在有限元分析中，確定單元類型是很重要的。在結構靜立分析中，要用到地典型的單元類型有：線單元、二維單元、三維實體單元等。一般來說，選取單元類型的要點是 :采用解決問題所必須的自由度數(shù)目最小的單元類型。當然，單元類型的選舉取決于分析對象的結構類型和幾何形狀，還受到載荷類型和作用方向、變形的假設、應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”類結構（如桁架、梁結構等）；二維單元（平面應力、平面應變軸對稱和薄殼等）用于離散“面”類結構（如板殼 結構）；三維單元（厚中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 殼和實體等）則用于離散“體”類結構（如塊體結構）。這里所謂的一維、二維和三維，并非指單元所適用結構的實際類型，而是它所能得到的結果種類。例如，薄殼單元能離散三維的結構，但其分析的結果卻是二維的。在選取單元時，要特別注意不同類型的單元連接處的處理問題。這些連接處的多余的結點自由度必須采取適當?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，結構簡單，宜采用 3D 實體單元類型。 圖 網(wǎng)格劃分 點擊運行，獲得應力、應變和位移圖 。 圖 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 圖 位移圖 圖 應變圖 從應力圖中可以明顯看出防爆柜整體的普遍應力都大于普通碳鋼的屈服強度，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 30X30 方鋼來增加后板的強度。 優(yōu)化后的結果 : 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 圖 應力圖 圖 位移圖 圖 應變圖 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 通過加方鋼的防爆柜和不加方鋼的防爆柜計較，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 應力和位移要小得多，并且滿足屈服強度要求。所以選擇加方鋼的防爆柜這個方案。 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 總結 當今世界市場競爭日趨激烈，用戶對產(chǎn)品的性能要求越來越高，同時要求產(chǎn)品的設計和制造周期越來越短。若想在競爭激烈的市場中占有一席之地，依靠傳統(tǒng)的設計方法是行不通的，必須采用先進的三維有限元分析技術，在 Simulation 軟件的支撐下，可以即時對設計的結構進行受力分析，并針對分析結果提出修改方案，再計算修改，如此反復，以達到優(yōu)化設計的目的。大幅度提高設計制造效率，對提高產(chǎn)品的設計技術水平、快速響應市 場、降低成本具有十分重要的意義。 本文采用了現(xiàn)代設計方法，以山西普松自動化電氣分公司設計的防爆柜為研究對象，對該防爆柜的箱體進行有限元分析，找出了箱體受力薄弱環(huán)節(jié)，并采取了有效的改進措施，取得了顯著的成效。根據(jù) ，順利通過了 1MPa 的水壓強度和隔爆性能測試，達到了很好的效果，驗證了理論計算值是正確的、可靠地。 通過對變頻器防爆柜的有限元分析，可以得出如下結論 。 (1) 有限元可以對三維實體模型進行有效地分析，對復雜零部件的設計和優(yōu)化提供了重要的技術手段，減少設計的盲目性。 (2) 有限 元可以計算出箱體三維實體上任意節(jié)點的應力、應變、位移值，也可以查看各個節(jié)點任意方向的應力、應變、位移值。 (3) 使用有限元法，可以在設計階段對產(chǎn)品進行驗算，預先發(fā)現(xiàn)潛在問題，并進行即時的修改，大大增強了設計功能，減少了設計成本。 (4) 在進行有限元分析時，有些結構形狀非常復雜，零部件較多，計算量很大，因此在建模時進行一定的簡化處理，略去或簡化一些對結構影響不大的零件。 (5) 有限元改變了傳統(tǒng)的“設計 —— 制造 —— 試驗 —— 修改設計 —— 再制造 —— 再試驗”等設計制造方法，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。以前用傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法，研制開發(fā)一臺新 型變頻器防爆柜需要的周期一般為 2年，需要制造 4臺樣機，才能完成水壓強度試驗和防爆試驗，這次采用現(xiàn)代設計方法，從產(chǎn)品的研究、設計、樣機的試制，到水壓強度試驗和防爆試驗的順利通過，只用了 4 個月的時間，而且一次試制成功，節(jié)省了大量的時間和費用，表明這種方法對新產(chǎn)品的開發(fā)是特別有效的。 中北大學 2021 屆畢業(yè)設計說明書 參考文獻 [1] . 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