基于ABAQUS的压面机压辊有限元分析.doc

基于ABAQUS的压面机压辊有限元分析-农学论文
基于ABAQUS的压面机压辊有限元分析
代治国1,张涛2,刘开生1,雷昌浩1,陈崇1,谢冬3
(,重庆 402160;,兰州 730070;
,甘肃敦煌 736200)
摘要:研究压面机压辊和面团的受力,从结构和功能上对压辊进行改善与优化。利用CAD和SolidWorks建立压面机整体平面图和三维图,并借助ABAQUS软件对压面机的执行部件压辊进行仿真分析。结果表明,压辊转速50 r/min、直径140 mm时,压面过程中与面团接触最多,面团的受力区域最大,更易排除面团中的空气,得到致密的面筋组织,面筋更筋道。
关键词 :压面机;虚拟样机;SolidWorks三维建模;ABAQUS仿真分析
中图分类号::A文章编号:0439-8114(2015)05-1208-04
DOI:-
收稿日期:2014-12-16
基金项目:国家中等职业教育改革发展示范学校建设计划项目(CQ201208);干旱环境作物学重点实验室开发基金项目(GSCS-201209);
“十二五”国家科技支撑计划项目“西北绿洲农牧循环技术集成与示范”(2012BAD14B10)
作者简介:代治国(1986-),男,四川安岳人,助教,硕士,主要从事农业工程技术与装配研究,(电话)**********(电子信箱)563927918@;
通信作者,张涛(1989-),男,甘肃庆阳人,在读硕士研究生,主要从事农业机械和农业设施结构研究,(电话)**********
(电子信箱)446824367@。
仿真设计、虚拟设计使得产品研发周期大大缩短, 极大地节省了人力、物力, 设计柔性化大大增强, 这也是现在机械行业发展的必然要求。压面机作为一种常用炊具机械, 近年来, 随着中国炊具机械行业的迅速发展以及人们对食品产业日益提高的需求, 传统的产品开发模式已远不能适应现代市场的发展。目前关于新型压面机的设计开发很多[1-11],但鲜见关于压面机整体结构和压面时压辊和面团受力分析以及压面效果的报道。
为此,针对压面机这一常用炊具机械,从实际工作需求着手,依托三维建模、仿真及虚拟技术,设计开发了一种新型压面机压辊,并对压面机压面过程进行仿真。以ABAQUS软件为平台,建立新型压面机压辊的三维模型,通过ABAQUS软件的后处理模块改变参数设置,观察面团的受力变化、变形延压效果等,分析压辊对压面过程的影响,将虚拟样机及仿真技术应用于新型压面机设计。
1 压面机设计原理及三维图
压辊的延压原理
压片机构通过两个压辊的相对回转,面团在摩擦力和压力的作用下在辊隙中挤压延伸,由于辊的间隙逐渐减小,压力和剪切作用逐渐加强,已完成面料在脱离压辊后延展成厚薄均匀的面片。压辊的延压原理图如图1所示。

对面团导入力学条件进行分析,设P为压辊对物料产生的径向力,T为面料受到的摩擦力,φ为面料和压辊的摩擦角,α为导入角即压辊在接触变形区对应压辊的中心角, f为摩擦系数,h1和h2为面团导入前后的厚度。面团导入辊隙的力学条件是Tx≥Px,分析后得到α≥(h1-h2)/1-f,由此可得知,面团的厚度变化较小或摩擦系数较大时,面团更易导入压辊中。
压面机三维图及平面图
利用游标卡尺对现有的普通压面机进行精确测量,根据尺寸数据绘制草图,然后用CAD软件进行整体俯视图、左视图、主视图的绘制,为了能够直观地改善和优化普通压面机的结构,利用SolidWorks对其进行三维实体模型建模,压面机平面图和三维图如图2和图3所示。

2 压辊和面团模型的建立及材料特性
按照实际模型的大体几何尺寸创建压辊、面团等几何模型,定义压辊为三维解析性旋转刚体,大约尺寸为600 cm3;面块作为三维可变性拉伸物体,面团模型的形状没有一定的标准,这里作为椭圆形的饼来处理。面团的材料属性比较复杂,是一种典型的生物高分子黏弹性材料,因此把面团当作弹塑性材料来处理,并定义其大体密度为800 kg/m3,弹性模量为100 MPa,[12];根据模拟计算的要求及实际加工受力,采用C3D8R单元即三维八节点六面体缩减积分单元。压辊的模拟中给它指定一定的速度,即给面团一个小的进给速度保证压辊与面团的接触。旋压过程是高度非线性问题,要分析接触前后物体间的相互作用,产生接触的物体满足无穿透条件,选择合适的主从及摩擦关系。压辊与面团的装配图和面团的有限元模型如图4和图5。

3 仿真分析结果