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近年來礦用主通風機在運行時仍然發(fā)生了大量的葉片支桿折斷、輪毅和輪盤開裂等事故。為有效地預防并避免類似事件的發(fā)生，本文將采用有限元分析方法及其應用軟件對通風機輪毅的關鍵部位進行分析計算，以使轉(zhuǎn)子設計更為科學合理。本文研究分析的葉輪基本結構參數(shù)如下：通風機轉(zhuǎn)子直徑2800 mm，葉片數(shù)16個，輪毅直徑為1980 mm，轉(zhuǎn)數(shù)600 r/min，每個葉片的重量為23 kg。
本文利用了Pro/E的強大建模功能建立葉輪模型，再通過ANSYS Pro/ENGINEER接口轉(zhuǎn)換.將在Pro/E建立的模型直接導入到ANSYS，實現(xiàn)兩者的無縫連接。
本模型是由葉片、緊固螺母、墊片以及輪毅裝配而成。模型建成后，設置模型材料及其密度。如此巨大的模型會讓接下來的有限元法分析變得相當復雜，甚至出現(xiàn)計算錯誤，無法得到結果的后果，因此必須對模型進行簡化，對與分析無關或關系不大的部分進行簡化處理，具體簡化方法： (1)葉輪的16個葉片均布在輪毅上，可以將輪毅進行16等分，取其中一份分析，最后通過ANSYS的擴展功能，將這1/16擴展為一完整葉輪；(2)葉片為扭曲的殼體，若不進行簡化，ANSYS分析軟件將會把有限元分析計算的重點放在葉片部分，由于葉片及其支桿的復雜結構，將會對分析過程造成很大困難，甚至出現(xiàn)計算不收斂，得不出計算結果的后果，又因為分析的重點為輪毅的受力，因此可以在保證葉片質(zhì)量不變的情況下，將葉片簡化成直的實體。
葉輪材料為HT200，彈性模量E=1.22xe11 Pa，泊松比0.3，密度p=78 000 kg/m3，葉輪的結構比較復雜，存在有不規(guī)則的形狀，本文采用Solid45和Solid92單元作為分析單元。葉片簡化后，所分析的結構比較簡單，可以很方便地全部劃分為六面體單元，或者絕大部分是六面體，只含有少量四面體和棱柱體，此時，應該選用Solid45單元，也就是選用六面體單元；輪毅部分所分析的結構比較復雜，難以劃分出六面體，應該選用Solid92單元，也就是帶中間節(jié)點的四面體單元。
將葉輪實體模型，劃分為7個體，對輪毅與支桿相配合的關鍵部位單獨劃分為2個體，對其采用手工劃分網(wǎng)格的方法，以保證網(wǎng)格的劃分規(guī)律、整齊，便于有限元分析快捷、準確。此部分為有限元分析的關鍵部位。因此，網(wǎng)格劃分比較密集。在葉輪工作時，此處兩部分互相接觸，在進行有限元分析時，應再將此處相接觸的部位建立接觸對，進行接觸分析。接觸問題是一種高度非線性行為，需要較多的計算機資源。為了進行切實有效的計算，理解問題的物理特性和建立合理的模型是很重要的。在此處模型中的接觸問題可以歸類為面一面接觸，柔體一柔體的接觸問題。
在葉輪中還有一處實體間互相接觸：緊固螺母與套筒底部，因此，也需要建立接觸對進行接觸分析，目標面為A53，接觸面有4個，分別為A32，A33，A34，A35。
葉片部分也采用手工劃分網(wǎng)格的方式，但不作為重點分析對象，因此，網(wǎng)格劃分比較稀疏；其他部分采用自由網(wǎng)格劃分方式。有限元網(wǎng)格劃分的原則和目的是保證有限元分析精度的前提下，減少計算機運算時間，提高分析效率。本文中共將模型離散為31113個單元、40149個節(jié)點。對單元進行質(zhì)量檢測，所有單元均滿足畸變要求。
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