一种厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方法与流程

本发明涉及cad/cae技术领域，尤其涉及一种厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方法。

背景技术

目前，对厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方式，并没有统一的数学模型和公式。厨余垃圾压榨机的疲劳寿命是决定其安全可靠服役的基本能力，因此它是装备设计与制造中必须科学分析的重要问题。

现代厨余垃圾压榨机的服役功能日趋强大，其结构日趋大型化和复杂化，因此对构件的性能指标——特别是可靠性要求更为突出，要求疲劳寿命的计算更为科学真实，而疲劳寿命计算是建立在充分的试验基础上，超大型化使厨余垃圾压榨机更复杂，同时也使得厨余垃圾压榨机疲劳寿命的试验十分困难，以致厨余垃圾压榨机的寿命设计成为当今装备设计过程中的一大难题。

技术实现要素：

本发明针对现有方式的缺点，提出一种厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方法，用以解决现有技术存在的上述问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：

获取用户输入的压榨筒的测量数据，所述压榨筒是指厨余垃圾压榨机的压榨筒，所述压榨筒上设有孔，所述测量数据由用户测量压榨筒所得，所述测量数据包括压榨筒的外径、内径和长度、及孔的直径和数量；

根据所述测量数据建立所述压榨筒参数化的几何模型；

将所述几何模型导入ansys软件中以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度；

对所述几何模型进行网格划分；

在anysn软件中设定所述压榨筒的约束条件和工作载荷并通过ansys软件中的solution模块进行过程求解以获得范式等效应力、最大变形系数、第一主应力、第三主应力，所述约束条件为固定住所述压榨筒的两端以防止其上下移动或转动，所述工作载荷为测量压榨筒在实际工作中所得；

根据低周疲劳的循环特性s-n曲线对比获取所述压榨筒的循环特性系数；

在ansys中的fatiguetool中输入所述压榨筒的受压工作次数和循环特性进行疲劳分析以获取压榨筒的安全系数，再在ansys中的fatiguetool中输入所述安全系数和循环特性系数以获取疲劳寿命；所述受压工作次数为所述压榨筒在施加载荷的情况下工作的次数。

进一步的，根据所述测量数据建立所述压榨筒参数化的几何模型，是指：

根据所述测量数据在solidworks软件中建立所述压榨筒参数化的几何模型。

进一步的，根据所述测量数据在solidworks软件中建立所述压榨筒参数化的几何模型，是指：

根据所述测量数据并按照1:1的比例在solidworks软件中建立所述压榨筒参数化的几何模型。

进一步的，根据所述测量数据并按照1:1的比例在solidworks软件中建立所述压榨筒参数化的几何模型之后，还包括，

将所述几何模型存为xt格式文件或iges格式文件。

进一步的，将所述几何模型导入ansys软件中以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度，是指：将所述几何模型的xt格式文件或iges格式文件导入ansys软件中以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度。

进一步的，将所述xt格式文件或iges格式文件导入ansys软件中以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度，包括：

在ansys软件中的workbench模块中的静力分析staticstructural单元导入所述几何模型的xt格式文件或iges格式文件以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过获取压榨筒的测量数据，建立其几何模型，再将几何模型导入ansys软件进行网格划分及设定约束条件和工作载荷，再通过ansys中的solution进行求解，及在fatiguetool中获取疲劳寿命的过程，不仅解决了厨余垃圾压榨机压榨筒疲劳寿命预测困难的难题，且该过程具有普遍适用性，将疲劳理论综合应用于软件工具，简单可靠，结果预测准确，计算效率高。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例中的一种厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方法的流程图；

图2为本发明实施例中的厨余垃圾压榨机压榨筒几何模型的示意图；

图3为本发明实施例中的厨余垃圾压榨机压榨筒网格模型的示意图；

图4为本发明实施例中的厨余垃圾压榨机压榨筒的范式等效应力云图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的描述的一些流程中，包含了按照特定顺序出现的多个操作，但是应该清楚了解，这些操作可以不按照其在本文中出现的顺序来执行或并行执行，操作的序号如101、102等，仅仅是用于区分开各个不同的操作，序号本身不代表任何的执行顺序。另外，这些流程可以包括更多或更少的操作，并且这些操作可以按顺序执行或并行执行。需要说明的是，本文中的“第一”、“第二”等描述，是用于区分不同的消息、设备、模块等，不代表先后顺序，也不限定“第一”和“第二”是不同的类型。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分例，实施而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

厨余垃圾处理过程中，随着高压挤压干湿分离工艺日趋成熟，市场上厨余压榨设备结构样式也越来越多，但无论何种结构，其用于分质处理的核心零部件压榨筒都必不可少，因为压榨筒能很好将干基组分和湿基组分分离开来，而分离后的干基组分是制备高热值垃圾衍生燃料的上佳原料。

理论上，压榨筒筛孔密度越大，厚度越薄，其滤水性越好，但筛孔密度过大，压榨筒厚度过小，会使压榨筒结构在承受高压时产生较大变形，影响其使用寿命，因此，寻找到功能实现效果和使用寿命的最优平衡点很有必要。

在整机液压缸高压挤压作用下，压榨筒不可避免会有微量变形，尤其在设备长时间循环工作时，压榨筒可能会受到疲劳破坏，这会导致其变形的情况更严重，而严重变形的压榨筒会破坏核心零部件，因此，为防止该核心零部件因疲劳破坏失效，加强对高压压榨设备压榨筒疲劳寿命研究成为了整机强度稳定性设计的重要组成部分。

实施例

如图1所示，提供了本发明一个实施例的一种厨余垃圾压榨机压榨疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：

s101获取用户输入的压榨筒的测量数据，压榨筒是指厨余垃圾压榨机的压榨筒，压榨筒上设有孔，测量数据由用户测量压榨筒所得，测量数据包括压榨筒的外径、内径和长度、及孔的直径和数量；

s102根据测量数据建立压榨筒参数化的几何模型；

具体的：根据测量数据并按照1:1的比例在solidworks软件中建立压榨筒参数化的几何模型。

根据测量数据并按照1:1的比例在solidworks软件中建立压榨筒参数化的几何模型之后，还包括，

将几何模型存为xt格式文件或iges格式文件，该文件以parasolid为核心。

s103将几何模型导入ansys软件中以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度；

具体的，在ansys软件中的workbench模块中的静力分析staticstructural单元导入几何模型的xt格式文件或iges格式文件以定义压榨筒的材料属性、弹性模量、泊松比及密度。

s104在ansys软件中对几何模型进行网格划分；

根据有限元网格划分的原则，单元形状为三角形单元，采用手动自由网格划分，在ansys软件中设置单元格大小以获得第一组网格，检查该第一组网格是否有畸形网格，如有，则修改畸形网格，最终输出无畸形的网格。

s105在anysn软件中设定压榨筒的约束条件和工作载荷并通过ansys软件中的solution模块进行过程求解以获得范式等效应力、最大变形系数、第一主应力、第三主应力，约束条件为固定住压榨筒的两端以防止其上下移动或转动，工作载荷为测量压榨筒在实际工作中所得；；

s106根据低周疲劳的循环特性s-n曲线对比获取压榨筒的循环特性系数；

s107在ansys中的fatiguetool输入压榨筒的受压工作次数和循环特性进行疲劳分析以获取压榨筒的安全系数再在ansys中的fatiguetool中输入安全系数和循环特性系数以获取疲劳寿命；受压工作次数为压榨筒在施加载荷的情况下一个周期的工作次数。；

若选用某型号的厨余垃圾压榨机，则本发明具体实现如下：

第一步，根据某型号厨余垃圾压榨机压榨筒实体，进行压榨筒的数据测量并获得具体的测量数据：压榨筒外径900mm，压榨筒内径640mm，压榨筒长度958mm，压榨筒上设有若干均匀分布且大小一致的孔，相邻的三个孔呈正三角形，且每个孔的直径16mm，孔的数量为55个；

第二步，根据第一步中测量的数据，采用软件solidworks，按照1:1比例建立压榨筒参数化的几何模型，如图2所示；

第三步，在solidworks中将压榨筒参数化的几何模型另存成xt格式文件；

第四步，把压榨筒参数化的几何模型的xt格式文件导入cae软件ansys中。

具体来说，进入ansys软件workbench模块，选择静力分析staticstructural单元，导入压榨筒模型，选择单元类型的为solid186，选择压榨筒的材料属性为q345b低碳合金钢，该材料为各向同性材料，拟定弹性模量为2.06e11pa，泊松比为0.3，密度为7850kg/m³。

第五步，在ansys中对压榨筒参数化几何模型进行网格划分。

根据有限元网格划分的原则，先整体控制，再局部控制细化，然后对网格质量进行评价，反复修改网格，最终将网格输出，如图3所示。本实施例中用到的压榨筒共计28863个节点，112110个网格单元。

第六步，设定约束条件和施加载荷。

设置约束条件：压榨筒作为设备的一部分，工作时两端的固定梁将其固定，防止其轴向方向发生松动。

本实施例中，将两端完全约束防止其移动和转动。施加载荷时径向均布施加55mpa，该载荷与实际工作时载荷保持一致。

第七步，求解计算，提取单次循环静力分析结果。

通过solution进入自动求解过程，完成计算进程。

计算完成后，进行后处理参数提取，图4显示厨余垃圾压榨机压榨筒的范式等效应力云图，从图中，在ansys软件中可以获知压榨筒中间段受力最大，范式等效应力为186.8mpa，该范式等效应力低于材料属性为q345b材质的压榨筒的受力，也就是该结构设计单次静力结构满足强度要。

在范式等效应力为186.8mpa的情况下，在ansys软件中可以获知压榨筒的最大变形为0.2mm，最大变形的地方发生在压榨筒的中间段。

第八步，求解循环特性。

进一步对计算结果进行提取，第一主应力为198.4mpa，第二主应力为范式等效应力186.8mpa，第三主应力为50.4mpa，根据低周疲劳的循环特性s-n曲线对比获取该工况下压榨筒的循环特性为0.25。

第九步，进行疲劳寿命预测。

进入ansys软件疲劳分析工具fatiguetool中，选择“疲劳寿命”，输入压榨筒受压工作次数和循环特性，就能计算出安全系数；再在ansys中的fatiguetool中输入压榨筒安全系数和循环特性，就能计算出疲劳寿命；其中，受压工作次数为压榨筒在施加载荷的情况下一个周期的工作次数。

本实施例压榨筒在实际参数下计算预测得疲劳寿命大于1百万次，最小处安全系数1.85，与实际设计的寿命吻合。

本发明的方法是cad/cae技术的综合应用，运用solidworks软件和ansys软件，基于单次工作循环静力分析结果，计算出该工况交变载荷循环运行时的循环特性，低周疲劳工况运行条件下，以零件安全系数作为结合评估指标，结合传统s-n曲线的方法分析压榨筒的疲劳寿命。

本发明通过获取压榨筒的测量数据，建立其几何模型，再将几何模型导入cae软件进行网格划分及设定约束条件和工作载荷，再通过ansys中的solution进行求解，及在fatiguetool中获取疲劳寿命的过程，不仅解决了厨余垃圾压榨机压榨筒疲劳寿命预测困难的难题，且该过程具有普遍适用性，将疲劳理论综合应用于软件工具，简单可靠，结果预测准确，计算效率高。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法、模块等，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，上述方法可以结合或者可以集成到一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。