基于ANSYS的陶瓷过滤机有限元分析及优化设计

论文摘要

本课题基于有限元分析技术,利用ANSYS软件提供的优化模块对安徽铜都特种环保设备有限公司研制的TT系列陶瓷过滤机的部分关键结构进行强度校核和优化设计。首先对TT系列陶瓷过滤机进行了较为系统的阐述,介绍了陶瓷过滤机的国内外发展概况、工作原理及系统结构,并根据公司要求对其结构进行了初步改进。然后综合对有限元分析方法及有限元分析软件ANSYS软件的详细介绍,针对提出的初步改进,利用ANSYS软件对改进后的机构进行了强度可靠性分析。分别在ANSYS中建立陶瓷过滤机主轴电机支撑架的有限元仿真模型和通过PRO/E对真空转筒部分的建模导入ANSYS中,模拟现实工况下的受力情况,进行强度校核,分析改进后结构的可靠性。最后,在ANSYS中建立陶瓷过滤机支撑机架肋板的有限元模型,对其进行静力分析,并利用ANSYS的优化模块对其进行优化设计。以肋板的总体积为最小为优化目标,对其尺寸参数的优化进行了初步的探讨。陶瓷过滤机改进机构的有限元分析结果表明,改用主轴电机斜撑结构及真空转筒6块站筋的焊接方式,强度依然可靠,达到了公司的设计要求,较现有设计很大程度上节约了制造成本。通过对陶瓷过滤机支撑机架肋板的有限元分析及优化,发现优化后的结构可节省约32%的原材料,为陶瓷过滤机支撑机架的设计提供了指导作用。本课题结合陶瓷过滤机实际工况解决了陶瓷过滤机的结构设计中存在的问题,获得了合理的、经济性高的机械结构。表明基于有限元分析的结构优化设计技术可以在提高产品的设计质量、降低开发与生产制造成本及提高产品在市场上的竞争能力等方面发挥重要作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.2 陶瓷过滤机的国内外研究现状
• 1.2.1 精矿的脱水设备概述
• 1.2.2 陶瓷过滤机的发展概况
• 1.3 选题的背景
• 1.4 本文的研究方法
• 1.5 本论文的主要工作
• 第二章TT 型陶瓷过滤机工作原理及结构改进
• 2.1 毛细效应及在微孔滤板中的应用
• 2.2 TT 型陶瓷过滤机的工作原理
• 2.3 陶瓷过滤机节能机理
• 2.4 TT 型陶瓷过滤机的主机结构
• 2.5 陶瓷过滤机部分结构的改进
• 2.5.1 主轴电机底部支撑架体的改进
• 2.5.2 分配阀的固定结构改进
• 2.5.3 分配阀的技术改造
• 第三章 结构有限元分析方法与ANSYS 软件
• 3.1 有限元分析方法及其应用
• 3.1.1 有限元法的基本构架及力学基础
• 3.1.2 有限元分析的基本理论
• 3.1.3 有限元分析的分析步骤
• 3.2 ANSYS 软件简介
• 3.2.1 ANSYS 在有限元软件中的地位
• 3.2.2 ANSYS 的发展
• 第四章 TT45 型陶瓷过滤机主轴电机斜撑支架的可行性分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 模型输入
• 4.1.2 ANSYS 单元选择及网格划分
• 4.1.3 约束条件
• 4.1.4 载荷的简化
• 4.2 应力计算与分析
• 4.2.1 变形分析
• 4.2.2 应力分析
• 4.3 本章总结
• 第五章 TT45型陶瓷过滤机支撑机架肋板的优化设计
• 5.1 ANSYS 软件的优化设计方法
• 5.1.1 子问题法（Sub-Problem）
• 5.1.2 一阶方法（First-Order）
• 5.2 ANSYS 优化设计过程
• 5.3 支撑机架肋板结构优化的数学模型
• 5.4 支撑机架肋板有限元模型的建立
• 5.4.1 定义参数、单元类型和材料属性
• 5.4.2 实体模型的建立
• 5.4.3 网格划分
• 5.5 支撑机架肋板有限元模型求解及后处理
• 5.5.1 支撑机架的边界约束
• 5.5.2 支撑机架的受力分析
• 5.5.3 求解及后处理
• 5.6 支撑机架肋板结构优化
• 5.7 本章小结
• 第六章 基于 Pro/E、ANSYS 的 TT 系列真空转筒站筋的强度校核
• 6.1 有限元模型的建立
• 6.2 约束条件
• 6.3 载荷简化
• 6.4 应力计算与分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结
• 7.1 本文的主要工作和成果
• 7.2 有待进一步讨论的问题
• 参考文献
• 致谢
• 附录 肋板结构优化分析文件
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果