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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，主要針對結(jié)構(gòu)較為簡單的單一零件進(jìn)行受力分析，擬用SolidWorks的SimulationXpress分析模塊對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)計校核提供依據(jù)，同時為其它類似設(shè)計提供參考。
Solidworks是我國目前應(yīng)用的主流三維軟件之一，是美國Solidworks公司基于Windows平臺開發(fā)的著名的全參數(shù)化三維實體造型軟。SolidWorks中提供了易于使用的SimulationXpress應(yīng)力有限元分析工具，可以使用電腦測試代替昂貴的現(xiàn)場測試，從而降低成本，減少產(chǎn)品開發(fā)周期的次數(shù)；快速模擬多個概念與情景，優(yōu)化設(shè)計。利用SolidWorks完成設(shè)計優(yōu)化分析需要以下6個步驟：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)直至完成滿意設(shè)計。
微壓蒸箱主要由箱體、箱門、鉸鏈、安全閥控制系統(tǒng)等組成。箱體外形尺寸長×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。為了計算方便，受力分析時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，角鋼型號為熱軋不等邊角鋼10/6.3和熱軋等邊角鋼5，初始設(shè)計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體模型的裝配體。如圖2所示。4分析與優(yōu)化。1）計算屬性信息如表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）計算結(jié)果。經(jīng)分析計算，蒸箱箱體應(yīng)力為81.59MPa，最大位移為0.39mm。計算結(jié)果如表6所示。圖示如圖5、圖6所示。5優(yōu)化設(shè)計將初始設(shè)計的角鋼厚度由b1=10mm，b2=6mm更改為b1=6mm，b2=3mm。
優(yōu)化后的設(shè)計方案，重量降低了113kg，減少了27%。對于車載設(shè)備而言，內(nèi)裝設(shè)備重量減少113kg，對整車的機(jī)動性指標(biāo)是影響很大的。汽車質(zhì)量每減輕10%，油耗下降6%~8%，排放下降4%，同時提高汽車的比功率，使汽車的動力性能提高。優(yōu)化后的蒸箱箱體安全系數(shù)只下降了0.25，由于此計算是未考慮外蒙皮和發(fā)泡材料對整體剛度的加強(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)度會增加很多，完全滿足設(shè)備安全性要求。通過SolidWorks Simulation-Xpress對蒸箱箱體應(yīng)力分析，驗證和優(yōu)化了蒸箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減輕了產(chǎn)品重量，對產(chǎn)品的設(shè)計驗證生產(chǎn)提供了有利的參考。
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