Page 113 - 《橡塑技术与装备》2023年10期

测试与分析 杨煜新 等·基于 Ansys Workbench 的辊筒轴头焊接形式的受力仿真

500 mm，外径为 650 mm，壁厚为 20 mm。材料为 观相近，故在此受力仿真模拟过程中仅显示一种辊筒
45 号钢。 模型的分析过程，另外一种模型的模拟基本一致。图
4 显示的为筋板式焊接轴头辊筒模型，另外一种模型
2 受力仿真模拟过程 暂不赘述。
（1）创建静力学分析
结构静力学分析是有限元分析中最简单的同时也
是最基础的分析方法，一般工程计算中最经常应用的
分析方法就是静力分析，用于线弹性材料，静态加载
的情况。
Ansys Workbench 静力学有限元分析以经典力学
理论中的物体动力为研究基础进行整体或部分的静力
图 4 筋板式焊接轴头辊筒 模型
学分析。由经典力学理论可知，物体的动力学通用方
（3）添加材料信息
程为
[M]{x"}+[C]{x'}+[K]{x}={F(t)} 本文选择的材料为 45 号钢。查阅相关文献和技术
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手册得材料的质量密度为 7 890 kg/m ，弹性模量 E 为
式中，[M] 是质量矩阵 ； [C] 是阻尼矩阵 ； [K] 是
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2.09×1 011 N/m ，泊松比 μ=0.269，屈服强度为 355
刚度矩阵 ； {x} 是位移矢量 ； {F(t)} 是力矢量 ； {x'}
MPa。材料设定如图 5 所示。
是速度矢量 ； {x"} 是加速度矢量。
而现行结构分析中，与时间 t 相关的量都将被忽
略，于是上式简化为 ：
[K]{x}={F}

牵引辊筒作为牵引装置的重要零件，运转过程中
时刻承受电机的扭矩，考虑到在牵引装置的工作过程
中，电机输出功率是均匀稳定的，辊筒旋转速度是基
本不变的，辊筒的受力状态不随时间的变化而变化，
图 5 材料设定
因而可以简化成静应力状态。静力学分析具有广泛的
应用，对于一定时间保持稳定运行状态或静止状态都 （4）网格划分
能适用。创建静力学分析，如图 3 所示。 本文主要分析变形量、应力情况与结构设计的关
联性，网格质量对应力表现影响较大。设置网格大小
为 10 mm，其余采用默认设置。网格划分结果如图 6
所示。检查网格划分结果，可见划分的网格较为合理。
网格质量结果如图 7 所示。网格质量平均为 0.816，
属于中等偏上，质量合格。

图 3 静力学分析项目
（2）导入几何模型
本文通过 Ansys Workbench 对牵引辊筒两种不同
的轴头焊接形式进行受力仿真模拟，首先将创建的两
图 6 网格划分结果
种辊筒几何模型导入 Ansys Workbench 中，导入后查
（5）施加约束
看模型是否正常合理，有无缺陷。导入后的模型如图
设定辊筒开合使用的气缸夹紧力为 10053N×2，
4 所示。由于导入方法一致，分析方法一致，模型外

年
2023 第 49 卷 ·59·