基于solidworks simulation的除尘器主箱体力学性能分析
摘要：随着计算机技术的不断发展和进步，有限元分析法(Finite Element Method，FEM)逐步发展起来，这是一种解关于场问题的一系列偏微分方程的数值方法。在各个领域工程中，有限元分析法已经被广泛使用，成为一种常用结构分析方法。Solidworks simulation作为一款优秀的有限元分析软件，能够进行应力分析、应变分析、热分析、设计优化、线性和非线性分析等。本文以袋式除尘器的主箱体为研究对象，对其力学性能进行分析，以期优化其结构。与此同时，熟悉Solidworks simulation的操作环境，掌握该软件的有限元分析功能。 1.Solidworks simulation的基本简介
SolidWorks Simulation是一个与 SolidWorks完全集成的设计分析系统。SolidWorks
Simulation 提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析，优化分析，非线性分析，线性动态分析，掉落测试分析，疲劳分析，压力容器分析。SolidWorks Simulation 凭借着快速解算器的强有力支持，使得您能够使用个人计算机快速解决大型问题。SolidWorks Simulation 提供了多种捆绑包，可满足用户的各类分析需要。其分析的一般步骤包括如下几步：
1.1建立数学模型
Solidworks软件自身有强大的三维建模功能，完全可视化操作，使用方便。建模完成后运用Simulation对来自SolidWorks的零件或装配体的几何模型进行分析时，该几何模型必须能够用正确的适度小的有限单元进行网格划分。通常情况下，需要修改几何模型的某些细节部分以满足网格划分的要求，这种修改可以采取特征消隐、理想化或清除等方法。
1.2建立有限元模型
有限元模型的建立是通过对特征离散化实现的，也就是将数学模型剖分成有限单元，这一过程称为网格划分。离散化在视觉上将几何模型划分为网格，同时，载荷和支撑在网格完成后也需要离散化，离散化的载荷和支撑将施加到有限元网格的节点上。
1.3求解有限元模型
创建有限元模型后完成后，施加外部载荷，在Simulation提供了丰富的外部载荷模板，使用方便。在完成加载之后，点击运算就可进行求解得到模型受外力时的应力、应变、位移云图。
1.4结果分析
完成求解以后，按照工况实际条件对结果进行分析，总体来说，其实结果分析是最重要的一步。有限元分析提供了非常详细的数据，这些数据可以用各种格式来表达。对结果的正确解释需要熟悉和理解各种假设、简化约定以及在前面三步中产生的误差，进而完善模型的缺陷或者提出节约能源材料的建议。 2.现有袋式除尘器箱体的模型力学性能分析
2.1 建立现有袋式除尘器箱体的模型
现有的袋式除尘器的箱体都是通过焊接而成的，四角是30*30*6的角铁，为了建模方便，将焊件各部分之间以整体拉伸完成模型的制作，完成的现有袋式除尘器箱体模型如下图1所示：
图1 现有袋式除尘器箱体模型
图2 应用材料及添加夹具
完成建模后应用材料及添加夹具，完成此操作后的算例如上图2所示。除尘器箱体材料是普通碳钢，其两端一般固定不动，选择固定“几何体”的夹具。
2.2 划分网格
应用材料及添加夹具后，对模型进行网格划分。在本次分析过程中，第一次进行划分时使用的是默认网格大小，划分网格失败；在第二次网格划分时，设置网格的密度更大，也就是单元体积更小，顺利完成网格划分，具体见下图3所示：
图3 完成网格划分的模型
图4 应力云图
图9 改进后完成网格划分的模型
图5 应变云图
图6 位移云图
2.3 算例运行分析
以上图4、图5、图6分别展示了进行算例分析后的应力、应变和变形结果的云图，通过云图分析可知，在传统的除尘器箱体上应用的材料厚度过大，造成了一定的资源浪费，算例分析结果为改进箱体的结构提供了参考依据。
由于solidworks simulation中的操作都是一键选择式的，因此以上分析过程都很简便。通过观察、分析应力、应变云图可知，该除尘器箱体存在很大的设计余量， 为了节约材料，我们可以减小其侧壁厚度。为了最大限度发的减少其壁厚又满足安全性的要求，在其侧壁添加加强筋，其各个操作过程及结果如下图7、图8所示：
图7 添加加强筋后的箱体模型
图8 改进后添加夹具及应用材料后的箱体
在添加加强筋后，对其约束和材料应用都没有改变，唯一需要注意的是，在进行网格划分时，由于边角更为突出也更多，因此需要细化网格划分，也就是增加网格密度。同时，在此过程中添加外部载荷时的面由原先的4个增加为76个，大大加重了计算机的运算负荷。最终的网格划分结果、应力、应变和位移结果如图9、图10、图11和图12所示：