專利名稱：一種塑料造粒模板剛度和強度有限元設計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種塑料造粒模板的強度和剛度有限元設計方法。具體涉及利用Solidfforks軟件建立塑料造粒模板三維實體模型，利用ANSYS軟件將建立的塑料造粒模板三維實體模型生成有限元模型，利用ANSYS軟件完成塑料造粒模板的有限元剛度和強度分析與設計。
背景技術(shù)：
目前國產(chǎn)塑料造粒模板的設計、制造一直處于測繪、仿制進口造粒模板的現(xiàn)狀，由于造粒模板的設計沒有理論支撐，其可靠性無法得到保證。本項目綜合應用3D設計理論和有限元技術(shù)，為國產(chǎn)化造粒模板的設計提供理論上的依據(jù)，為造粒模板的制造提供技術(shù)依據(jù)。在國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻中有很多文獻報道了應用軟件進行強度、剛度設計，它們多是應用在其他的工業(yè)過程或設備，而不是針對擠壓機的塑料造粒模板，在國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻中，未見應用ANSYS軟件對擠壓機塑料造粒模板進行強度剛度設計的文獻.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種塑料造粒模板強度和剛度的有限元設計方法，針對目前國產(chǎn)造粒模板的設計和制造一直處于測繪、仿制進口造粒模板的現(xiàn)狀，利用solidworks軟件，建立造粒模板三維實體模型，將模型導入ANSYS軟件生成有限元模型，對造粒模板有限元模型施加相應的邊界條件與力載荷，通過有限元計算，獲得造粒模板的應力和總變形分布云圖，分析應力分布云圖和總變形分布云圖，完成塑料造粒模板強度和剛度的設計。本發(fā)明所述的一種塑料造粒模板的剛度和強度有限元設計方法，該方法包括下列步驟I.利用SolidWorks軟件建立塑料造粒模板的三維實體模型，見圖I。2.利用ANSYS軟件導入三維實體模型生成有限元模型，見圖2。3.在ANSYS workbench環(huán)境中對造粒模板有限元模型施加相應的邊界條件與力的載荷。4.在ANSYS workbench環(huán)境中計算,獲得造粒模板的應力和總變形分布云圖。5.分析應力和總變形分布云圖，完成塑料造粒模板強度和剛度的設計。一種塑料造粒模板剛度和強度有限元設計方法為塑料造粒模板的剛度和強度設計提供了完善的理論依據(jù)。利用該設計方法已經(jīng)完成了中國石油蘭州石化分公司CMP335型聚丙烯擠壓機和吉林石化分公司CMP320型聚乙烯擠壓機配套的塑料造粒模板的設計和制造，上述兩塊模板已經(jīng)分別完成了工業(yè)化應用，實踐證明，國產(chǎn)造粒模板的各項技術(shù)指標達到或超過進口造粒模板，總體上看效果很好，完全可以替代進口造粒模板，而國產(chǎn)化造粒模板價格僅為同類進口造粒模板的一半左右，為企業(yè)降低了生產(chǎn)成本，推動了塑料造粒模板的國產(chǎn)化進程。


圖I塑料造粒模板的三維實體模型圖2塑料造粒模板的有限元模型(局部)
具體實施例方式以下以某聚烯烴裝置大型擠壓機造粒模板為例，結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進一步說明某聚烯烴裝置大型擠壓機造粒模板的主要參數(shù)造粒模板幾何尺寸小1080 (外徑)X 130 (厚度)； 造粒帶直徑小870 X小630 ；出料孔參數(shù):小2. 5 X 20 (約2640孔)；模板本體材料ICr 13 ；模板造粒帶材料WC硬質(zhì)合金，厚度為4. 00-4. 50mm ；造粒帶硬度62 65HRC造粒帶表面平面度< 0. Olmm ；造粒帶表面與安裝止口定位基準面平行度< 0. 02mm ；出料孔粗糙度RaO. 8;該造粒模板主要工藝技術(shù)參數(shù)造粒模板的生產(chǎn)能力30 49T/h ；擠出機頭筒體操作壓力0. 4 4. OMPa ；擠出機頭筒體操作溫度250°C ；冷卻水為二級脫鹽水PH值7 ;冷卻水溫度35 70°C加熱介質(zhì)導熱油導熱油工作壓力0. 4-1. OMPa導熱油工作溫度> 280°C造粒帶表面工作溫度270°C上述造粒模板由本體和造粒帶硬質(zhì)合金兩部分組成，其強度和剛度設計的有限元設計方法，包含下列步驟I)利用SolidWorks軟件，建立塑料造粒模板三維實體模型。2)完成的三維實體模型見圖I。3)利用ANSYS軟件生成有限元模型，如圖2，為了減小有限元網(wǎng)格劃分難度，可適當簡化塑料造粒模板三維實體模型。如圖2模板的有限元模型簡化了造粒帶上的部分造?？?，有限元網(wǎng)格劃分后，模型共包含節(jié)點626209，單元238565個。4)設置塑料造粒模板的材料參數(shù)，施加邊界條件與載荷。材料屬性參數(shù)設置包括造粒模板本體材料，模板造粒材料，材料相應的泊松比，楊氏模量E。塑料造粒膜板所受的力包括固定約束、螺栓緊固力、物料操作壓力和導熱油工作壓力。5)在ANSYS軟件的workbench環(huán)境求解，利用通用后處理器分別獲得塑料造粒模板的應力和變形分布云圖。6)根據(jù)塑料造粒模板應力變形分布云圖，確定最大應力和變形值，依據(jù)第四強 度理論校核其強度是否滿足設計要求，判斷其最大變形是否滿足剛度的設計要求。
權(quán)利要求
1. 一種塑料造粒模板的剛度和強度有限元設計方法，其特征在于 該方法包括下列步驟 1)利用SolidWorks軟件，建立塑料造粒模板三維實體模型； 2)利用ANSYSworkbench軟件生成有限元模型； 3)設置塑料造粒模板的材料參數(shù)、施加邊界條件與力載荷；4)利用ANSYSworkbench軟件進行有限元計算，獲得塑料造粒模板的應力分布云圖；5)利用ANSYSworkbench軟件進行有限元計算，獲得塑料造粒模板的總變形分布云圖； 6)根據(jù)塑料造粒模板應力分布云圖，分析造粒模板結(jié)構(gòu)的合理性，確定最大應變值，根據(jù)第四強度理論，校核其是否滿足設計的強度要求； 7)根據(jù)塑料造粒模板變形分布云圖，分析造粒模板結(jié)構(gòu)的合理性，確定最大變形位置及變形值，校核其是否滿足設計的剛度要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種塑料造粒模板的強度和剛度有限元設計方法；利用SolidWorks軟件，建立模板三維模型；利用ANSYS workbench軟件生成有限元模型；設置模板的材料參數(shù)、施加邊界條件與力載荷；利用ANSYS workbench軟件進行有限元計算，獲得模板的應力分布云圖；利用ANSYS workbench軟件進行有限元計算，獲得模板的總變形分布云圖；根據(jù)模板應力分布云圖，分析模板結(jié)構(gòu)的合理性，確定最大應變值，根據(jù)第四強度理論，校核其是否滿足設計的強度要求；根據(jù)模板變形分布云圖，分析模板結(jié)構(gòu)的合理性，確定最大變形位置及變形值，校核其是否滿足設計的剛度要求；本方法推動了塑料造粒模板的國產(chǎn)化。
文檔編號G06F17/50GK102737136SQ201110086049
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者丁生華, 何永健, 劉斌, 劉波, 吳克勤, 周建軍, 周志勇, 張瑞琳, 樊亞軍, 王世宏, 王文友, 王智斌, 王紅梅, 白冰, 范麗華 申請人:中國石油天然氣股份有限公司, 沈陽工業(yè)大學