Рисунок 2 Расчетная модель корпуса

В промышленности строительных материалов оптимальным для несущих конструкций и деталей машин является использование сталей. Чтобы обеспечить достаточную прочность и надежность мельницы, в качестве материала для корпуса выбрана сталь Ст 3 ГОСТ 380–94, для которой допускаемые напряжения при растяжении и переменной нагрузке составляют [σ] = 90 МПа. Т.к. при расчете мы не учитывали влияние центробежных, а также ударно-вибрационных нагрузок, то принят минимальный запас прочности .

Корпус представляет собой сварную деталь, состоящую из цилиндрических обечаек переменной толщины и фланцев с упорами. В центральной обечайке выполнены прямоугольные отверстия для выхода материала, а в боковых обечайках – отверстия под люки. По всей поверхности корпуса выполнены цилиндрические отверстия для крепления внутримельничных устройств и бронефутеровки. Для оптимизации получаемых значений напряжений при расчете принята деталь сплошной с цилиндрическим сечением переменной толщины без фланцев, упоров, скруглений и фасок. Диаметр отверстий сопоставим с толщиной корпуса и оказывает влияние на прочность корпуса в целом. Поэтому эти отверстия при расчете не игнорируются. Таким образом получены значения напряжений, максимально приближенные к реальным условиям эксплуатации мельницы.

Расчет произведен в CAE-модуле системы Unigraphics NX2 – Structure. Чтобы добиться оптимального результата, требуемых показателей работы корпуса, необходимо создать и рассчитать различные «сценарии» (варианты) поведения изделия. Сценарии отличаются друг от друга геометрическими размерами модели и условиями нагружения корпуса. Создание сценария расчета состоит из нескольких этапов.

1) Выбор типа анализа (линейный статический, потеря устойчивости, модальный, температурный) и решателя (Structures P. E., NASTRAN, ANSYS, ABAQUS). Для расчета корпуса на прочность мы воспользовались линейным статическим анализом, который используется при решении статических задач, и встроенным решателем Structures P. E. системы Unigraphics NX2).

2) Создание сетки конечных элементов. В системе Unigraphics NX2предусмотрены специальные средства, позволяющие построить сетку конечных элементов на основе существующей геометрии. Самые точные результаты дает применение сетки тетраэдральных элементов. Все выполненные построения ассоциативно связаны с моделью корпуса, а потому при изменении параметров детали меняются автоматически.

3) Выбор материала. Из базы стандартных материалов, имеющейся в системе Unigraphics NX2, выбрана сталь, из которой должна быть изготовлена модель (в нашем случае – сталь Ст 3 ГОСТ 380–94).

4) Наложение условий закрепления и действующих нагрузок. Нагрузки разбиваются на группы в зависимости от их типа (сила тяжести, давление), а также источника происхождения (вес внутримельничных устройств, вес шаро-материальной загрузки).

Результаты расчета представлены как в графическом виде, так и в виде отчета сценария расчета на прочность. Максимальные перемещения в корпусе под действием нагрузок показаны на рисунке 3.

По проведенным расчетам можно сделать следующие выводы:

– использование в качестве расчетной программы системы Unigraphics NX2 модуля Structure позволяет намного облегчить прочностной расчет деталей машин. Полученные результаты адекватны реальным перемещениям и напряжениям в корпусе, определенным в результате эксплуатации и на основании аналитических расчетов по известным методикам;

– допускаемые максимальные напряжения для стали Ст 3, из которой изготовлен корпус, при растяжении и переменной нагрузке составляют 90 МПа, следовательно корпус имеет достаточную прочность и жесткость, а также необходимый запас прочности (полученные максимальные напряжения составляют 37,88 МПа);

Рисунок 3 Максимальные перемещения в корпусе

– принятая из технологических соображений толщина корпуса (45 мм) является достаточной и обеспечивает надежную эксплуатацию мельницы при различных коэффициентах заполнения φ (φ = 0,26÷0,30);