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        基于ANSYS Workbench的壓力表連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        發(fā)布時(shí)間:2018-04-02 11:18:57 瀏覽:次

        采用ANSYS Workbench軟件的DM模塊建立壓力表傳動(dòng)機(jī)構(gòu)連桿的三維模型,并分析計(jì)算了連桿的 尺寸參數(shù)對連桿整體性能的影響,得到了較優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)組合,為連桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

        0.引言

        壓力儀表是測量和控制工業(yè)生產(chǎn)過程中液體、氣 體壓力的主要儀表,由于其結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價(jià)格 低廉、測量精度高等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用,因此作為影 響壓力儀表精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)顯得尤為重 要。目前大部分生產(chǎn)廠家主要憑借經(jīng)驗(yàn)公式對傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)的關(guān)鍵部件之一連桿進(jìn)行設(shè)計(jì),無法確定連桿的各 個(gè)尺寸是如何影響其整體性能的,具有一定的盲目性。 本文利用ANSYS Workbench軟件建立物理模型,并 通過其中的Design Explorer,采用目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方 法來實(shí)現(xiàn)連桿尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì),進(jìn)而提高連桿的性能。

        1.建立連桿的有限元模型并進(jìn)行靜應(yīng)力分析

        1.1 建立連桿的三維模型

        圖1為壓力儀表的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中連桿的 主要優(yōu)化參數(shù)為連桿中間部分的寬度與連桿的厚度。 其中寬度初步定為2. 5 mm厚度初步定為1 mm。

        1.2有限元模型的建立

        設(shè)置連桿的材料為不銹鋼,其彈性模量為1.93X 10u Pa,泊松比為0.31。對其采用自動(dòng)劃分網(wǎng)格的方 法,得到的有限元模型如圖2所示。

        1.3靜應(yīng)力分析

        由于連桿在其正常的工作過程中主要承受橫向的 拉力,而且兩個(gè)連接孔對稱分布,因此對其中一孔固 定,對另一孔施加一個(gè)沿Y方向600 N的拉力(見圖 3)進(jìn)行靜態(tài)應(yīng)力分析,并對應(yīng)力和總變形進(jìn)行求解。 最大應(yīng)力求解結(jié)果見圖4,為512. 85 MPa,最大總變 形見圖 5,為 0.021 895 mm。


        2.基于ANSYS Workbench的連桿尺寸參數(shù)優(yōu)化

        2.1 設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)

        連桿的主要參數(shù)如圖6所示,其中,P,為連桿中 間部分的寬度P2為連桿的厚度為連桿的最大應(yīng) 力,為連桿的最大應(yīng)變,愾為連桿的最大總變形。 P]和巧為輸入?yún)?shù),Pi設(shè)置為1. 5 mm~3 mm的連 續(xù)變量,設(shè)置為0. 5 mm?1. 5 mm的連續(xù)變量; P3,P,,P,為輸出參數(shù)。P:與尸2的組合分布如圖7 所示,共有9種組合方案。進(jìn)行靜應(yīng)力分析后更新所 有設(shè)計(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)組合方案),得到如圖8所示的結(jié)果。 9為連桿的最大總變形與設(shè)計(jì)方案之間的關(guān)系。

        2.2 目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

        對連桿進(jìn)行目標(biāo)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化,得到如圖10所示的響應(yīng)曲面。該響應(yīng)曲面是通過有限的設(shè)計(jì)點(diǎn)擬合成的, 設(shè)置模型為3D顯示,其中X軸代表P,Y軸代表P2, Z軸代表,從而直觀地得到了連桿的厚度與寬度對 其總變形的影響。在其三維曲面上選取連桿總變形較 低的點(diǎn)作為響應(yīng)點(diǎn)*然后將得到的響應(yīng)點(diǎn)作為優(yōu)化后 的設(shè)計(jì)點(diǎn),A 為 2. 485 5 mm,P2 為 1.476 2 mm。 桿的初始設(shè)計(jì)參數(shù)與優(yōu)化后設(shè)計(jì)參數(shù)如圖11所示,優(yōu) 化后連桿的最大應(yīng)力見圖12.最大總變形見圖13。

        3.結(jié)果分析

        從圖12與圖13可知,采用新的設(shè)計(jì)參數(shù)后,連桿 的最大應(yīng)力為394.47 MPa,最大總變形為0.014 659 mm連桿的應(yīng)力分布以及整體變形分布較優(yōu)化前得 到了極大的改進(jìn)。

        4. 結(jié)束語

        利用ANSYS Workbench軟件對壓力表連桿進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計(jì),建立合適的模型,選取關(guān)鍵的參數(shù)施加合理 的載荷及約束,得到了尺寸參數(shù)對連桿性能的綜合影 響,并得到了目標(biāo)點(diǎn),為隨后的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

         

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