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離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓是離心機(jī)的重要部件之一，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和承載工況都比較復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外離心機(jī)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)中一般只給出簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)鼓壁的薄膜應(yīng)力的計(jì)算規(guī)定，而對(duì)于鼓壁開孔或帶有加強(qiáng)箍轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)、形狀較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，都無(wú)法用求出其準(zhǔn)確的應(yīng)力值，而用試驗(yàn)方法測(cè)量應(yīng)力對(duì)高速回轉(zhuǎn)元件也比較困難。一般方法是采用的應(yīng)變片本身具有一定的尺寸，用它們測(cè)出的應(yīng)力實(shí)際上是某個(gè)應(yīng)變片覆蓋面積上的平均應(yīng)力，在應(yīng)力梯度較大的部位上，如一般在應(yīng)力集中和存在邊緣應(yīng)力的位置，準(zhǔn)確測(cè)量變得非常困難。強(qiáng)度分析是解決這些問(wèn)題的最為有效的手段。因此，我國(guó)及許多國(guó)家的離心機(jī)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)中都推薦采用有限元的方法。
本研究以高速管式離心機(jī)與三足離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓應(yīng)力分析為例，就轉(zhuǎn)鼓組件的有限元分析模型建立所涉及的諸多問(wèn)題、計(jì)算結(jié)果的分析評(píng)定等問(wèn)題進(jìn)行了較為詳細(xì)的論述。
有限元分析人員不僅需要具有扎實(shí)的力學(xué)和有限元知識(shí)，任何細(xì)節(jié)的忽略可能會(huì)帶來(lái)很大的誤差甚至造成謬誤。工程上面對(duì)一個(gè)需要分析的零部件，如何將它從其復(fù)雜的工作環(huán)境中抽象出來(lái)，如何在保證對(duì)零部件的有效簡(jiǎn)化模擬，進(jìn)行簡(jiǎn)化模型而不影響結(jié)果的計(jì)算精度，網(wǎng)格細(xì)化到什么程度才能使模型的分析結(jié)果接近或收斂到正確的結(jié)果等等，這一系列問(wèn)題必須認(rèn)真考慮。
我國(guó)許多學(xué)者采用有限元方法對(duì)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓進(jìn)行了應(yīng)力分析，這些分析涵蓋了三足吊袋離心機(jī)、三足離心機(jī)(上卸料和下卸料)、帶加強(qiáng)箍的上懸離心機(jī)、普通刮刀離心機(jī)、虹吸刮刀離心機(jī)及臥式螺旋卸料離心機(jī)等多種機(jī)型，得出了非常多有價(jià)值的結(jié)果。但是，由于受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)計(jì)算速度和容量等條件的限制，有限元分析都較為簡(jiǎn)單。突出的表現(xiàn)為網(wǎng)格劃分比較粗大，結(jié)構(gòu)不連續(xù)位置處理不恰當(dāng)，這勢(shì)必對(duì)計(jì)算結(jié)果以及由計(jì)算結(jié)果得出的結(jié)論造成重大影響。將轉(zhuǎn)鼓開孔圓周分割成9份，對(duì)其進(jìn)行了有限元應(yīng)力分析，并得出開孔位置的最大主應(yīng)力等值線，如圖所示。類似結(jié)構(gòu)的分析表明，分成9份網(wǎng)格過(guò)于粗大，其結(jié)果也不夠精確。
對(duì)于沉降式離心機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓結(jié)構(gòu)、承載和約束條件一般都對(duì)稱于旋轉(zhuǎn)軸，因此可以用軸對(duì)稱模型加以模擬。而對(duì)于鼓壁上開孔和開槽的過(guò)濾式離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，則需要用實(shí)體單元采用三維模型進(jìn)行模擬。
在又可能出現(xiàn)應(yīng)力集中的部位、轉(zhuǎn)鼓壁或擬定的重點(diǎn)考察位置網(wǎng)格應(yīng)適當(dāng)細(xì)化，使之能以較高的精度得到這些位置的應(yīng)力。
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