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微壓蒸箱是能夠承受一定的壓力、適應(yīng)高原環(huán)境加工米飯饅頭的主食蒸制設(shè)備。微壓蒸箱的箱體主要由角鋼、不銹鋼板組成。目前大多數(shù)論文中的受力分析，主要針對(duì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的單一零件進(jìn)行受力分析，擬用SolidWorks的SimulationXpress分析模塊對(duì)由角鋼和不銹鋼板多零件的裝配組合體進(jìn)行受力分析，為壓力蒸箱的設(shè)計(jì)校核提供依據(jù)，同時(shí)為其它類(lèi)似設(shè)計(jì)提供參考。
Solidworks是我國(guó)目前應(yīng)用的主流三維軟件之一，是美國(guó)Solidworks公司基于Windows平臺(tái)開(kāi)發(fā)的著名的全參數(shù)化三維實(shí)體造型軟。SolidWorks中提供了易于使用的SimulationXpress應(yīng)力有限元分析工具，可以使用電腦測(cè)試代替昂貴的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，從而降低成本，減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的次數(shù)；快速模擬多個(gè)概念與情景，優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用SolidWorks完成設(shè)計(jì)優(yōu)化分析需要以下6個(gè)步驟：1）建立三維模型；2）定義模型的材料；3）確定約束和添加相應(yīng)載荷；4）分析并查看結(jié)果；5）修改模型參數(shù)重復(fù)步驟1~4；6）結(jié)果比較分析，不斷修改參數(shù)直至完成滿(mǎn)意設(shè)計(jì)。
微壓蒸箱主要由箱體、箱門(mén)、鉸鏈、安全閥控制系統(tǒng)等組成。箱體外形尺寸長(zhǎng)×高×深為1150mm×1620mm×785mm。
箱體主要由主框架、內(nèi)部腔體、外蒙皮、聚氨酯泡沫組成。為了計(jì)算方便，受力分析時(shí)去除了外蒙皮和聚氨酯泡沫等，只分析主框架和內(nèi)部腔體組裝后的裝配體。主框架采用角鋼組焊成形，角鋼型號(hào)為熱軋不等邊角鋼10/6.3和熱軋等邊角鋼5，初始設(shè)計(jì)b1=10mm，b2=6mm其具體尺寸如圖所示。內(nèi)部腔體采用1.5mm厚的不銹鋼板1C18Ni9Ti壓制焊接成形。3三維建模利用SolidWorks建立蒸箱箱體的三維實(shí)體模型的裝配體。如圖2所示。4分析與優(yōu)化。1）計(jì)算屬性信息如表1所示。2）單位系統(tǒng)采用公制單位，如表2所示。3）不銹鋼和碳鋼的材料力學(xué)屬性如表3和表4所示。4）添加約束和載荷。夾具設(shè)置為固定約束類(lèi)型，將約束設(shè)置到蒸箱骨架的底面。載荷加載到蒸箱內(nèi)部所用的面，力類(lèi)型為壓力，數(shù)值為0.033MPa，作用力沿垂直于所選面的方向。約束和載荷加載完成后如圖3所示。5）網(wǎng)格信息。有限元分析的單元格劃分采用基于曲率的網(wǎng)格系統(tǒng)默認(rèn)格式，具體數(shù)據(jù)如表5所示。完成網(wǎng)格劃分后如圖4所示。6）計(jì)算結(jié)果。經(jīng)分析計(jì)算，蒸箱箱體應(yīng)力為81.59MPa，最大位移為0.39mm。計(jì)算結(jié)果如表6所示。圖示如圖5、圖6所示。5優(yōu)化設(shè)計(jì)將初始設(shè)計(jì)的角鋼厚度由b1=10mm，b2=6mm更改為b1=6mm，b2=3mm。
優(yōu)化后的設(shè)計(jì)方案，重量降低了113kg，減少了27%。對(duì)于車(chē)載設(shè)備而言，內(nèi)裝設(shè)備重量減少113kg，對(duì)整車(chē)的機(jī)動(dòng)性指標(biāo)是影響很大的。汽車(chē)質(zhì)量每減輕10%，油耗下降6%~8%，排放下降4%，同時(shí)提高汽車(chē)的比功率，使汽車(chē)的動(dòng)力性能提高。優(yōu)化后的蒸箱箱體安全系數(shù)只下降了0.25，由于此計(jì)算是未考慮外蒙皮和發(fā)泡材料對(duì)整體剛度的加強(qiáng)因素，如果蒸箱增加外蒙皮和保溫發(fā)泡材料后，其整體剛度強(qiáng)度會(huì)增加很多，完全滿(mǎn)足設(shè)備安全性要求。通過(guò)SolidWorks Simulation-Xpress對(duì)蒸箱箱體應(yīng)力分析，驗(yàn)證和優(yōu)化了蒸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減輕了產(chǎn)品重量，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證生產(chǎn)提供了有利的參考。
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