方槽式振動拋光機有限元模型的建立

摘 要：方槽式振動拋光機建立模型分兩部分，第一部分是建立幾何模型。建立幾個模型相似一些建模分方法，但又和其他的方法存在著不同。在建立槽式槽體時是首先建立一些基本元素，然后在此基礎上生成高級元素。第二部分是建立有限元模型。建立有限元模型首先要選定單元類型，其次是要設置單元屬性，并定義材料屬性。

關鍵詞：方槽式振動拋光機 建摸 有限元模型

中圖分類號：TQ174 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0100-01

1 建模

為了保證槽體的整體性，使不同的單元可以很好的連接，本文主要運用了自底而上，節點生成的單元直接建模法。根據槽式振動拋光機的結構特點，建立一半的模型在通過鏡像（Reflect），這樣就可以給分析帶來方便，進而減少了工作量。在此過程中值得注意的是先鏡像節點再鏡像單元，而節點和單元的增量也要注意是相同的。本槽體的長為1950 mm，高為980 mm，寬為830 mm。槽式振動拋光機的模型如圖1。

2 單元的選擇

2.1 殼單元的選擇

殼單元是結構分析中最常用的單元類型之一。當構件的兩個方向上的尺寸遠大于另外一個方向的尺寸時，可以將這種三維構件理想化為二維單元以提高計算效率。

采用殼單元的基本原則是每塊面板的表面尺寸不低于其厚度的十倍。淬圓柱面，r/t>10，是使用薄殼理論的常用準則（r為圓環的半徑，t為圓環的厚度）[1]。

根據各種殼體單元的性質，在槽式振動拋光機的建模過程中采用了薄殼單元shell63單元。

2.2 點質量單元的選取

mass21點質量單元，mass21是一個具有六個自由度的點元素，每個方向可以具有不同的質量和轉動慣量[2]。本文采用mass21點質量單元來代替振動電機的附加質量。

2.3 彈簧-阻尼單元的選取

在有限元軟件ANSYS中，彈簧-阻尼單元combine 14單元具有1維～3維應用中的軸向或扭轉的性能。扭轉的彈簧-阻尼器選項是一個純扭轉單元。它的每個節點具有3個自由度的：沿坐標系x、y、z的旋轉，此時不能考慮彎曲或軸向力。軸向的彈簧-阻尼器選項是一維的拉伸或壓縮單元，它的每個節點具有3個自由度：沿坐標系x，y，z的軸向移動，此時不能考慮扭轉或彎曲。橡膠彈簧可以用軸向彈簧-阻尼單元來模擬。根據彈簧-阻尼單元的特性及彈簧-阻尼單元沒有質量，所以在本文中選擇combine 14單元。

3 材料特性的確定

在ANSYS中計算振動槽體的靜力及動力問題，需要先設置好材料的屬性和實常數根據設計資料，該槽式振動拋光機的材料屬性如表1所示。

下面列出了槽式振動拋光機各個單元的實常數：（1）槽體（shell 63板厚20 mm）（2）彈簧-阻尼單元（combine 14縱向剛度2×103 N/mm）（3）側面振動電機（兩個mass21重量168 kg）（4）底部振動電機（兩個mass21重量100 kg）（5）磨料（mass21重量800kg）

4 槽式振動拋光機有限元模型

實體建模完畢，需要對實體劃分網格生成有限元單元。ANSYS程序提供了使用便捷、高質量的進行網格劃分的功能。劃分網格一般包括以下步驟：指定單元屬性、網格大小、粗細控制、網格劃分單元形狀控制、指定劃分對象的類型、選擇待劃分對象。

在進行ANSYS分析中，在模型的左右兩端及方槽的底部各建立相應的單元類型。

然后需要對鏡像結果進行NUMMRG操作，以合并重合的實體（特別是單元和節點）。Numbering Ctrls—Merge Items—分別對Node和Element進行合并操作，誤差范圍可以用默認值。如圖2為單元建模方法得到的振動拋光機有限元模型。

參考文獻

[1] 張朝暉.ANSYS8.0結構分析及實例解析[M].北京：機械工業出版社，2005（3）.

[2] 任重.ANSYS實用分析教程[M].北京：北京大學出版社，2003（2）.

[3] 劉相新，孟憲頤.ANSYS基礎與應用教程[M].北京：科學出版社，2006.

[4] 商躍進，王紅.有限元原理與ANSYS實踐[M].北京：清華大學出版社，2012（3）.

[5] 王平.滾磨光整加工技術及其應用機械工人：冷加工[D].天津輕王業學院，2002（10）.

[6] 馬野，袁志丹.ADINA有限元經典實例分析[M].北京：機械工業出版社，2012（1）.