一种塑料造粒模板刚度和强度有限元设计方法

摘要

本发明涉及一种塑料造粒模板的强度和刚度有限元设计方法；利用SolidWorks软件，建立模板三维模型；利用ANSYS workbench软件生成有限元模型；设置模板的材料参数、施加边界条件与力载荷；利用ANSYS workbench软件进行有限元计算，获得模板的应力分布云图；利用ANSYS workbench软件进行有限元计算，获得模板的总变形分布云图；根据模板应力分布云图，分析模板结构的合理性，确定最大应变值，根据第四强度理论，校核其是否满足设计的强度要求；根据模板变形分布云图，分析模板结构的合理性，确定最大变形位置及变形值，校核其是否满足设计的刚度要求；本方法推动了塑料造粒模板的国产化。

权利要求

1.一种塑料造粒模板的刚度和强度有限元设计方法，其特征在于：该方法包括下列步骤：

1)利用SolidWorks软件，建立塑料造粒模板三维实体模型；

2)利用ANSYS workbench软件生成有限元模型；

3)设置塑料造粒模板的材料参数、施加边界条件与力载荷；

4)利用ANSYS workbench软件进行有限元计算，获得塑料造粒模板的应力分布云图；

5)利用ANSYS workbench软件进行有限元计算，获得塑料造粒模板的总变形分布云图；

6)根据塑料造粒模板应力分布云图，分析造粒模板结构的合理性，确定最大应变值，根据第四强度理论，校核其是否满足设计的强度要求；

7)根据塑料造粒模板总变形分布云图，分析造粒模板结构的合理性，确定最大变形位置及变形值，校核其是否满足设计的刚度要求；

所述塑料造粒模板的主要参数：造粒模板几何尺寸：外径φ1080×厚度130；

造粒带直径：φ870×φ630；

出料孔参数：2640孔φ2.5×20；

模板本体材料：1Cr13；

模板造粒带材料：WC硬质合金，厚度为4.00-4.50mm；

造粒带硬度：62～65HRC造粒带表面平面度≤0.01mm；

造粒带表面与安装止口定位基准面平行度≤0.02mm；

出料孔粗糙度Ra0.8；

该造粒模板主要工艺技术参数：造粒模板的生产能力:30～49T/h；

挤出机头筒体操作压力：0.4～4.0MPa；

挤出机头筒体操作温度：250℃；

冷却水为二级脱盐水：PH值7；

冷却水温度：35～70℃加热介质：导热油

导热油工作压力：0.4—1.0MPa导热油工作温度：＞280℃造粒带表面工作温度：270℃上述造粒模板由本体和造粒带硬质合金两部分组成。

说明书

一种塑料造粒模板刚度和强度有限元设计方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种塑料造粒模板的强度和刚度有限元设计方法。具体涉及利用SolidWorks软件建立塑料造粒模板三维实体模型，利用ANSYS软件将建立的塑料造粒模板三维实体模型生成有限元模型，利用ANSYS软件完成塑料造粒模板的有限元刚度和强度分析与设计。

背景技术

[0002] 目前国产塑料造粒模板的设计、制造一直处于测绘、仿制进口造粒模板的现状，由于造粒模板的设计没有理论支撑，其可靠性无法得到保证。本项目综合应用3D设计理论和有限元技术，为国产化造粒模板的设计提供理论上的依据，为造粒模板的制造提供技术依据。

[0003] 在国内外公开发表的文献中有很多文献报道了应用软件进行强度、刚度设计，它们多是应用在其他的工业过程或设备，而不是针对挤压机的塑料造粒模板，在国内外公开发表的文献中，未见应用ANSYS软件对挤压机塑料造粒模板进行强度刚度设计的文献.发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种塑料造粒模板强度和刚度的有限元设计方法，针对目前国产造粒模板的设计和制造一直处于测绘、仿制进口造粒模板的现状，利用solidworks软件，建立造粒模板三维实体模型，将模型导入ANSYS软件生成有限元模型，对造粒模板有限元模型施加相应的边界条件与力载荷，通过有限元计算，获得造粒模板的应力和总变形分布云图，分析应力分布云图和总变形分布云图，完成塑料造粒模板强度和刚度的设计。

[0005] 本发明所述的一种塑料造粒模板的刚度和强度有限元设计方法，该方法包括下列步骤：

[0006] 1.利用SolidWorks软件建立塑料造粒模板的三维实体模型，见图1。

[0007] 2.利用ANSYS软件导入三维实体模型生成有限元模型，见图2。

[0008] 3.在ANSYS workbench环境中对造粒模板有限元模型施加相应的边界条件与力的载荷。

[0009] 4.在ANSYS workbench环境中计算，获得造粒模板的应力和总变形分布云图。

[0010] 5.分析应力和总变形分布云图，完成塑料造粒模板强度和刚度的设计。

[0011] 一种塑料造粒模板刚度和强度有限元设计方法为塑料造粒模板的刚度和强度设计提供了完善的理论依据。利用该设计方法已经完成了中国石油兰州石化分公司CMP335型聚丙烯挤压机和吉林石化分公司CMP320型聚乙烯挤压机配套的塑料造粒模板的设计和制造，上述两块模板已经分别完成了工业化应用，实践证明，国产造粒模板的各项技术指标达到或超过进口造粒模板，总体上看效果很好，完全可以替代进口造粒模板，而国产化造粒模板价格仅为同类进口造粒模板的一半左右，为企业降低了生产成本，推动了塑料造粒模板的国产化进程。

附图说明

[0012] 图1塑料造粒模板的三维实体模型

[0013] 图2塑料造粒模板的有限元模型(局部)

具体实施方式

[0014] 以下以某聚烯烃装置大型挤压机造粒模板为例，结合附图，对本发明作进一步说明：

[0015] 某聚烯烃装置大型挤压机造粒模板的主要参数：

[0016] 造粒模板几何尺寸：φ1080(外径)×130(厚度)；

[0017] 造粒带直径：φ870×φ630；

[0018] 出料孔参数：φ2.5×20(约2640孔)；

[0019] 模板本体材料：1Cr13；

[0020] 模板造粒带材料：WC硬质合金，厚度为4.00-4.50mm；

[0021] 造粒带硬度：62～65HRC

[0022] 造粒带表面平面度≤0.01mm；

[0023] 造粒带表面与安装止口定位基准面平行度≤0.02mm；

[0024] 出料孔粗糙度Ra0.8；

[0025] 该造粒模板主要工艺技术参数：

[0026] 造粒模板的生产能力：30～49T/h；

[0027] 挤出机头筒体操作压力：0.4～4.0MPa；

[0028] 挤出机头筒体操作温度：250℃；

[0029] 冷却水为二级脱盐水：PH值7；

[0030] 冷却水温度：35～70℃

[0031] 加热介质：导热油

[0032] 导热油工作压力：0.4-1.0MPa

[0033] 导热油工作温度：＞280℃

[0034] 造粒带表面工作温度：270℃

[0035] 上述造粒模板由本体和造粒带硬质合金两部分组成，其强度和刚度设计的有限元设计方法，包含下列步骤：

[0036] 1)利用SolidWorks软件，建立塑料造粒模板三维实体模型。

[0037] 2)完成的三维实体模型见图1。

[0038] 3)利用ANSYS软件生成有限元模型，如图2，为了减小有限元网格划分难度，可适当简化塑料造粒模板三维实体模型。如图2模板的有限元模型简化了造粒带上的部分造粒孔，有限元网格划分后，模型共包含节点626209，单元238565个。

[0039] 4)设置塑料造粒模板的材料参数，施加边界条件与载荷。材料属性参数设置包括：造粒模板本体材料，模板造粒材料，材料相应的泊松比，杨氏模量E。塑料造粒膜板所受的力包括：固定约束、螺栓紧固力、物料操作压力和导热油工作压力。

[0040] 5)在ANSYS软件的workbench环境求解，利用通用后处理器分别获得塑料造粒模板的应力和变形分布云图。

[0041] 6)根据塑料造粒模板应力变形分布云图，确定最大应力和变形值，依据第四强度理论校核其强度是否满足设计要求，判断其最大变形是否满足刚度的设计要求。