CN110765681B - 一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，将磨粉机机座用Pro/E建模；设置需要轻量化设计的机座部位的参数；将模型导入static structural模块并设置边界条件和预应力加载；对建立的有限元模型进行静力学分析和求解；连接Response Surface Optimization模块；对参数选取数值范围；设置轻量化设计约束条件和质量函数；更新驱动参数重新计算求解；选取最小质量的驱动参数组合；本发明通过采用有限分析的方法对磨粉机机座质量进行轻量化设计，在满足材料不发生强度破坏条件下，对多个相关参数优化，能够有效控制产品设计参数，并可以提升设计分析的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及机械结构仿真设计领域，尤其涉及一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法。
背景技术
磨粉机作为一种通用型粉碎机，满足大部分物料的粉碎要求，具有效率高、实用性强、破碎好等特点，被制粉行业广泛利用，在谷类加工领域已成为核心设备，占有很大的市场份额。我国磨粉机曾经主要通过对国外制粉设备进行仿制，缺乏相应的理论研究和技术创新，常根据实际生产经验在设备设计时放大了安全系数，产品设计参数过于保守；
为了提高磨粉机的性能参数和市场竞争力，适应制粉行业的不同需求，需要设计出小型化、轻量化等众多类型的磨粉机，其中机座为磨粉机的主要框架，不仅影响着其他部件的结构布局，而且其在整机材料消耗方面占有很大比重，如何对机架的轻量化设计，具有很大的必要性和实际意义，因此，本发明方法提出一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，通过采用有限分析的方法对磨粉机机座质量进行轻量化设计，在满足材料不发生强度破坏条件下，对多个相关参数优化，能够有效控制产品设计参数，并可以提升设计分析的准确性。
本发明提出一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，包括以下步骤：
步骤一：利用Pro/E软件对磨粉机机座结构进行建模，构建出磨粉机机座结构的三维模型；
步骤二：输入并设置需要进行轻量化设计的磨粉机机座部位的参数，作为驱动参数变量；
步骤三：对磨粉机机座结构的三维模型进行前处理操作，完成对模型的材料属性参数设定，并对磨粉机机座结构的三维模型设置边界条件和预应力加载，建立出有限元模型；
步骤四：对建立的有限元模型进行静力学分析和求解，将应力作为输出参数；
步骤五：将经过步骤四操作后的有限元模型与Workbench软件中的ResponseSurface Optimization模块进行连接；
步骤六：对机座壁厚、联接凸台高度和外径参数选取数值范围，然后选取若干组数据；
步骤七：设置轻量化设计约束条件和质量函数；
步骤八：对有限元模型中选取的驱动参数进行更新计算，重新求解；
步骤九：选取最小质量的驱动参数组合；
步骤十：设计结束，确定新的设计参数进行输出。
进一步改进在于：所述步骤二中输入并设置需要进行轻量化设计的机座部位的参数，作为驱动参数变量，具体包括输入并设置磨粉机机座的壁厚、联接凸台高度和外径的参数做驱动参数。
进一步改进在于：所述磨粉机机座的壁厚、联接凸台高度和外径的参数选择方法为：采用平均分布的方式选取若干设计点数据，在满足实际工况的载荷下进行求解，得到最优驱动参数。
进一步改进在于：所述步骤三中具体操作为：将磨粉机机座结构的三维模型导入Workbench软件的static structural模块，进行前处理操作，完成对模型的材料属性参数设定，并对磨粉机机座结构的三维模型设置边界条件和预应力加载，建立出有限元模型。
进一步改进在于：所述步骤六中选取若干组数据也采用点平均分布方式的方法，采用点平均分布方式选取若干设计点数据，在满足实际工况的载荷下进行求解，得到最优参数作为选取结果。
进一步改进在于：所述步骤九中选取最小质量的驱动参数组合需要在满足输出参数材料屈服应力的情况下进行选取。
本发明的有益效果为：通过采用有限分析的方法对磨粉机机座质量进行轻量化设计，在满足材料不发生强度破坏条件下，对多个相关参数优化，能够有效控制产品设计参数，并可以提升设计分析的准确性。
附图说明
图1为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1所示，本实施例提出一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，包括以下步骤：
步骤一：利用Pro/E软件对磨粉机机座结构进行建模，构建出磨粉机机座结构的三维模型；
步骤二：输入并设置需要进行轻量化设计的磨粉机机座部位的参数，体包括输入并设置磨粉机机座的壁厚、联接凸台高度和外径的参数作为驱动参数变量，磨粉机机座的壁厚、联接凸台高度和外径的参数选择方法为：采用平均分布的方式选取若干设计点数据，在满足实际工况的载荷下进行求解，得到最优驱动参数；
步骤三：将磨粉机机座结构的三维模型导入Workbench软件的static structural模块，进行前处理操作，完成对模型的材料属性参数设定，并对磨粉机机座结构的三维模型设置边界条件和预应力加载，建立出有限元模型；
步骤四：对建立的有限元模型进行静力学分析和求解，将应力作为输出参数；
步骤五：将经过步骤四操作后的有限元模型与Workbench软件中的ResponseSurface Optimization模块进行连接；
步骤六：对机座壁厚、联接凸台高度和外径参数选取数值范围，然后选取若干组数据，采用点平均分布方式选取若干设计点数据，在满足实际工况的载荷下进行求解，得到最优参数作为选取结果；
步骤七：设置轻量化设计约束条件和质量函数；
步骤八：对有限元模型中选取的驱动参数进行更新计算，重新求解；
步骤九：在满足输出参数材料屈服应力的情况下，选取最小质量的驱动参数组合；
步骤十：设计结束，确定新的设计参数进行输出。
通过采用有限分析的方法对磨粉机机座质量进行轻量化设计，在满足材料不发生强度破坏条件下，对多个相关参数优化，能够有效控制产品设计参数，并可以提升设计分析的准确性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用Pro/E软件对磨粉机机座结构进行建模，构建出磨粉机机座结构的三维模型；
步骤二：输入并设置需要进行轻量化设计的磨粉机机座部位的参数，作为驱动参数变量；
步骤三：对磨粉机机座结构的三维模型进行前处理操作，完成对模型的材料属性参数设定，并对磨粉机机座结构的三维模型设置边界条件和预应力加载，建立出有限元模型；将磨粉机机座结构的三维模型导入Workbench软件的staticstructural模块，进行前处理操作，完成对模型的材料属性参数设定，并对磨粉机机座结构的三维模型设置边界条件和预应力加载，建立出有限元模型；
步骤四：对建立的有限元模型进行静力学分析和求解，将应力作为输出参数；
步骤五：将经过步骤四操作后的有限元模型与Workbench软件中的ResponseSurfaceOptimization模块进行连接；
步骤六：对机座壁厚、联接凸台高度和外径参数选取数值范围，然后选取若干组数据；选取若干组数据也采用点平均分布方式的方法，采用点平均分布方式选取若干设计点数据，在满足实际工况的载荷下进行求解，得到最优参数作为选取结果；
步骤七：设置轻量化设计约束条件和质量函数；
步骤八：对有限元模型中选取的驱动参数进行更新计算，重新求解；
步骤九：选取最小质量的驱动参数组合；
步骤十：设计结束，确定新的设计参数进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤二中输入并设置需要进行轻量化设计的机座部位的参数，作为驱动参数变量，具体包括输入并设置磨粉机机座的壁厚、联接凸台高度和外径的参数做驱动参数。
3.根据权利要求2所述的一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，其特征在于：所述磨粉机机座的壁厚、联接凸台高度和外径的参数选择方法为：采用平均分布的方式选取若干设计点数据，在满足实际工况的载荷下进行求解，得到最优驱动参数。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的磨粉机机座的轻量化设计方法，其特征在于：所述步骤九中选取最小质量的驱动参数组合需要在满足输出参数材料屈服应力的情况下进行选取。
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