【正文】 度為零。 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(dāng)于 ，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(jié)構(gòu)或構(gòu)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(jié)果非常關(guān)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(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)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(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(jié)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(xì)，計算精度會有所提高，同時，網(wǎng)格劃的越細(xì)，產(chǎn)生的單元數(shù)，結(jié)點數(shù)及自由度數(shù)越多，計算變得就越復(fù)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(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(dāng)然，單元類型的選舉取決于分析對象的結(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) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 殼和實體等）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，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(jié)點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)簡單，宜采用 3D 實體單元類型。 圖 網(wǎng)格劃分 點擊運行，獲得應(yīng)力、應(yīng)變和位移圖 。 圖 應(yīng)力圖 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 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(jié)果 : 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 應(yīng)力圖 圖 位移圖 圖 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)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(yīng)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(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 中北大學(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 總結(jié) 當(dāng)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(shè)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(shè)計方法是行不通的，必須采用先進的三維有限元分析技術(shù)，在 Simulation軟件的支撐下，可以即時對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行受力分析，并針對分析結(jié)果提出修改方案，再計算修改，如此反復(fù)，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計的目的。大幅度提高設(shè)計制造效率，對提高產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)水平、快速響應(yīng)市 場、降低成本具有十分重要的意義。 本文采用了現(xiàn)代設(shè)計方法，以山西普松自動化電氣分公司設(shè)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(dá)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(jié)論 。 (1) 有限元可以對三維實體模型進行有效地分析，對復(fù)雜零部件的設(shè)計和優(yōu)化提供了重要的技術(shù)手段，減少設(shè)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(yīng)力、應(yīng)變、位移值，也可以查看各個節(jié)點任意方向的應(yīng)力、應(yīng)變、位移值。 (3) 使用有限元法，可以在設(shè)計階段對產(chǎn)品進行驗算，預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在問題，并進行即時的修改，大大增強了設(shè)計功能，減少了設(shè)計成本。 (4) 在進行有限元分析時，有些結(jié)構(gòu)形狀非常復(fù)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(jié)構(gòu)影響不大的零件。 (5) 有限元改變了傳統(tǒng)的“設(shè)計 —— 制造 —— 試驗 —— 修改設(shè)計 —— 再制造 —— 再試驗”等設(shè)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(shè)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(shè)計方法，從產(chǎn)品的研究、設(shè)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(xué) 2022 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 參考文獻(xiàn) [1] . 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