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礦用隔爆設(shè)備對箱體的強(qiáng)度有很高的要求，因此，制造隔爆外殼所選用的鋼板都比較厚重。隔爆外殼在整個(gè)隔爆設(shè)備成本中占的比例很高，所以在滿足箱體強(qiáng)度要求的情況下，如何能夠使用更薄的鋼板來制造箱體，減輕箱體重量，從而降低隔爆設(shè)備的成本，是一項(xiàng)很有意義的研究。杭州那泰有限元分析公司針對復(fù)雜隔爆外殼的設(shè)計(jì)，如果通過傳統(tǒng)的理論計(jì)算來分析箱體強(qiáng)度，其求解過程將非常繁瑣，且不易得到準(zhǔn)確的結(jié)果。本文借助有限元分析理論，對模型進(jìn)行適當(dāng)簡化，得到滿足設(shè)計(jì)需要的計(jì)算結(jié)果。
某功率補(bǔ)償裝置復(fù)雜隔爆外殼外形尺寸為1990mm×1451mm×1042mm，用Q235A鋼板焊接而成。由于模型中圓角等特征對有限元分析的計(jì)算量影響很大，而對計(jì)算精度影響很小，所以適當(dāng)簡化模型，去掉圓角，去掉門把手、蓋板把手等對箱體剛度、強(qiáng)度影響較小的零件。假定焊接不存在缺陷，焊接后零件構(gòu)成一個(gè)整體（注：焊縫強(qiáng)度一般能達(dá)到基體材料強(qiáng)度的150%以上，如焊接所用的J421焊條，其熔敷金屬的抗拉強(qiáng)度≥420MPa，屈服強(qiáng)度≥330MPa，延伸率≥22%，疲勞沖擊≥47J，均高于箱體材料Q235A）；根據(jù)現(xiàn)場焊接情況，殼體為滿焊，加強(qiáng)筋為斷續(xù)焊。
復(fù)雜隔爆外殼的三維模型特征繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且有眾多的焊接結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行有限元分析時(shí)，如果采用原始模型計(jì)算量會非常大，完成模型計(jì)算需要幾天時(shí)間，且容易發(fā)生宕機(jī)，因此，對箱體模型的焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化是非常有必要的。
為測試殼體滿焊焊縫對仿真結(jié)果的影響，建立外形尺寸為100mm×100mm×100mm壁厚為10mm、一面開口的鋼結(jié)構(gòu)模型。設(shè)計(jì)了2個(gè)方案進(jìn)行對比：方案1為一個(gè)整體；方案2為5塊板滿焊而成，焊縫由三維軟件生成。
在殼體底面施加固定約束，在殼體內(nèi)表面施加1MPa的壓力，求解得到總變形云圖。由此可以看出，2個(gè)模型最大總變形發(fā)生的位置相同，均發(fā)生在上板前邊緣的中間位置；方案1的最大變形為0.014144mm，方案2的最大變形為0.01304mm，2個(gè)方案的變形誤差為8.5%。可見，變形誤差約為8.5%，小于10%，在允許范圍內(nèi)。
為測試加強(qiáng)筋斷續(xù)焊縫對變形的影響，建立長度為500mm、寬度為200mm、厚度為10mm的鋼板模型，中間加一個(gè)長度為500mm、寬度為30mm、厚度為10mm的鋼板加強(qiáng)筋。設(shè)計(jì)了2個(gè)方案進(jìn)行對比：方案1在加強(qiáng)筋上切150mm×1mm的槽，以簡化替代斷續(xù)焊縫；方案2按加強(qiáng)筋焊接方式建立焊縫長度為60mm間距為150mm的斷續(xù)焊縫。2個(gè)方案都在四周添加固定約束，在底面施加1MPa的壓力。
可以看出，2個(gè)模型最大總變形發(fā)生的位置相同，均發(fā)生在板的中心位置。方案1最大總變形為0.222，方案,2最大總變形為0.217,2個(gè)方案的變形誤差為2.3%。可見，簡化斷續(xù)焊縫后，變形誤差約為2.3%，小于10%，在允許范圍內(nèi)。
通過對比仿真試驗(yàn)可以看出，無論是殼體的雙面滿焊，還是加強(qiáng)筋的交錯(cuò)斷續(xù)焊，對仿真結(jié)果的影響都較小，誤差小于10%。
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