基于ANSYS的气流成网机机架静力学分析

王 莉 ，李丹丹 ，杨建成

（1.天津工业大学机械工程学院，天津 300387；2.天津市现代机电装备技术重点实验室，天津 300387）

0 前言

气流成网非织造布的全球产量在20世纪90年代迅速增长，随着非织造布需求的不断增长，相应的气流成网非织造布生产技术也得到了长足发展，相应的气流成网设备生产和研发显得尤为重要。近年来，我国也自行开发了一些非织造布生产设备，而对于气流成网设备机构静力学分析是设备研发的基础和关键。为了保证气流成网机在运动过程中平稳运行，所以对机架进行ANSYS静力学分析将为整机的研制奠定坚实的理论基础和仿真基础，并为机架的材料属性选择提供了理论依据。

1 气流成网机机架模型建立以及参数设置

气流成网机模型如图1所示，其机架是由角钢、槽钢和钢板焊接而成，主要承重处为槽钢和钢板表面，三维建模时可将机架建成为一个整体。

图1 气流成网机的三维实体模型

将Pro/E中已经建好的模型导入到ANSYS软件中。气流成网机的实体模型的几何形状确定之后，由边界条件来决定网格，即每一线段要分成几个元素或元素的尺寸是多大。决定了每边元素数目或尺寸大小之后，ANSYS的内部程序就能自动进行网格的划分，即自动产生节点和元素，并同时完成有限元模型的分析[1-4]。

根据气流成网机机架的结构特点，本次模型采用实体单元，即Structural Mess Solid Tet10node 187.机架采用的材料是Q235碳素结构钢，杨氏模量为E=2.06 × 1011Pa，泊松比 μ =0.3，密度为 ρ=7 850 kg/m3，材料线膨胀系数为α=1.22×10-5（1/℃）。ANSYS具有很强的网格划分功能，其将智能网格划分水平分为10级，级数越低其划分的越精细，为了保证更加的精确的分析机架的受力情况，所以本次网格划分等级选用1级。

2 机架约束及载荷的确定

气流成网机中的机架在工作过程中是固定不动的，支撑在地面上，如图2所示机架4个底座的自由度全部被约束；由于机架的主要承重处为槽钢和钢板表面，为了了解机架在承受静态载荷时，其应力应变的情况，所以在主要承重处施加载荷，图3为机架各表面施加载荷之后的效果图。表1为机架各表面承受压力表。表2为有限元模型加载和约束情况概要。

图2 机架底座约束

图3 机架表面施加载荷情况

表1 机架各表面承受压力表

表2 有限元模型加载和约束情况概要

3 计算结果

在对机架进行约束和加载完成后，点击Solution→Solve→CurrentLS进行运算，最终得出机架的应力云图和机架的位移云图，如图4，5所示。

图4 机架应力云图

图5 机架位移云图

从图4中可以得出机架最大应力为67.911 MPa，远小于槽钢的许用应力215 MPa；从图5中可以得出机架最大变形量为0.055 664 mm，变形量极小。因此可以看出，所设计机架完全可以承受整机在运动过程中的最大载荷力，仅产生极小变形确保不变形。

4 结束语

通过使用ANSYS软件对气流成网机机架进行静力学分析，分析结果表明在最大负载工作过程中，机架的最大应力远小于槽钢的许用应力以及最大变形量，机架完全可以承受整机在运动过程中的最大载荷力，并保证不变形。

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