近年来矿用主通风机在运行时仍然发生了大量的叶片支杆折断、轮毅和轮盘开裂等事故。为有效地预防并避免类似事件的发生，本文将采用有限元分析方法及其应用软件对通风机轮毅的关键部位进行分析计算，以使转子设计更为科学合理。本文研究分析的叶轮基本结构参数如下：通风机转子直径2800 mm，叶片数16个，轮毅直径为1980 mm，转数600 r/min，每个叶片的重量为23 kg。
      本文利用了Pro/E的强大建模功能建立叶轮模型，再通过ANSYS Pro/ENGINEER接口转换.将在Pro/E建立的模型直接导入到ANSYS，实现两者的无缝连接。
      本模型是由叶片、紧固螺母、垫片以及轮毅装配而成。模型建成后，设置模型材料及其密度。如此巨大的模型会让接下来的有限元法分析变得相当复杂，甚至出现计算错误，无法得到结果的后果，因此必须对模型进行简化，对与分析无关或关系不大的部分进行简化处理，具体简化方法：      (1)叶轮的16个叶片均布在轮毅上，可以将轮毅进行16等分，取其中一份分析，最后通过ANSYS的扩展功能，将这1/16扩展为一完整叶轮；(2)叶片为扭曲的壳体，若不进行简化，ANSYS分析软件将会把有限元分析计算的重点放在叶片部分，由于叶片及其支杆的复杂结构，将会对分析过程造成很大困难，甚至出现计算不收敛，得不出计算结果的后果，又因为分析的重点为轮毅的受力，因此可以在保证叶片质量不变的情况下，将叶片简化成直的实体。
      叶轮材料为HT200，弹性模量E=1.22xe11 Pa，泊松比0.3，密度p=78 000 kg/m3，叶轮的结构比较复杂，存在有不规则的形状，本文采用Solid45和Solid92单元作为分析单元。叶片简化后，所分析的结构比较简单，可以很方便地全部划分为六面体单元，或者绝大部分是六面体，只含有少量四面体和棱柱体，此时，应该选用Solid45单元，也就是选用六面体单元；轮毅部分所分析的结构比较复杂，难以划分出六面体，应该选用Solid92单元，也就是带中间节点的四面体单元。
      将叶轮实体模型，划分为7个体，对轮毅与支杆相配合的关键部位单独划分为2个体，对其采用手工划分网格的方法，以保证网格的划分规律、整齐，便于有限元分析快捷、准确。此部分为有限元分析的关键部位。因此，网格划分比较密集。在叶轮工作时，此处两部分互相接触，在进行有限元分析时，应再将此处相接触的部位建立接触对，进行接触分析。接触问题是一种高度非线性行为，需要较多的计算机资源。为了进行切实有效的计算，理解问题的物理特性和建立合理的模型是很重要的。在此处模型中的接触问题可以归类为面一面接触，柔体一柔体的接触问题。
      在叶轮中还有一处实体间互相接触：紧固螺母与套筒底部，因此，也需要建立接触对进行接触分析，目标面为A53，接触面有4个，分别为A32，A33，A34，A35。
      叶片部分也采用手工划分网格的方式，但不作为重点分析对象，因此，网格划分比较稀疏；其他部分采用自由网格划分方式。有限元网格划分的原则和目的是保证有限元分析精度的前提下，减少计算机运算时间，提高分析效率。本文中共将模型离散为31113个单元、40149个节点。对单元进行质量检测，所有单元均满足畸变要求。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！