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国内轮胎行业的快速发展,加工精度越来越高的轮胎硫化机得到了更加广泛的应用。然而,国内高精度的液压轮胎硫化机的研发也面临着更大的挑战,在传统的经验设计无法进一步提高硫化机精度的情况下,先进的CAE技术成为该行业继续发展的动力。
目前,国内已有一些院校和企业正在从事这方面的研究。但基本上停留在单一物理场的结构分析方面,而对多物理场耦合分析及优化设计方面则落后于国外。本文在对液压轮胎硫化机机架的研究现状进行深入分析的基础上,采用有限元理论与方法,以满足使用要求为前提,以减小机架变形、提高机架的平行度和同轴度、充分发挥材料的性能为目的,基于ANSYS对硫化机机架进行了有限元分析和优化设计,为液压轮胎硫化机的设计和改造提供理论依据和参考数据。主要包括以下几个方面的内容:
1)在调研轮胎硫化机国内外发展现状的基础上,指出了当前该领域存在的迫切解决的关键问题,提出硫化机机架分析与优化的总体方案。
2)基于ANSYS结构分析理论,对硫化机机架实际2000KN合模压力,进行三维结构有限元分析。结果表明,单一合模压力作用下硫化机加工精度合理。
3)基于APDL实现硫化机机架结构的参数化,以有限元传热学为指导,对硫化机的温度场进行数值模拟,获得与实验测量温度基本吻合的数值模拟的温度场,为后续研究打下了坚实的基础。
4)以有限元热力学为指导,对硫化机进行热力耦合数值模拟。分析结果表明:硫化温度对硫化机的结构产生较大影响；与一般结构分析对比,热结构耦合分析更能综合反映硫化机在复杂工作环下的应力应变和位置精确度。同时提出优化设计必要性。
5)基于ANSYS优化方法,以热结构耦合分析获得的应力、位移、变形分析结果为依据,对参数化的硫化机模型进行优化设计。优化分析达到了减小变形,提高硫化机精度的目的,对设计起到了良好的指导作用。
总之,基于ANSYS的有限元分析与优化方法为多物理场耦合仿真分析与优化提供了有力支持。本文以液压轮胎硫化机机架为研究对象,为有限元分析设计的应用开辟了新的研究领域。同时本文所设计的研究方法也适用于其它类似硫化机的高温压力机械设备的研发设计。所以本文的研究工作为进一步开展多物理场研究分析与优化夯实了基础。