基于ANSYS的聚氨酯发泡机搅拌器结构设计及优化

为解决现有聚氨酯发泡机原料搅拌器因笨重而引起功率和材料的浪费、搅拌效率低等问题，采用响应面分析法对聚氨酯料罐内搅拌器进行结构轻量化设计。设计了一种四叶平直叶开启式涡轮搅拌器，以其搅拌轴和搅拌叶片为主要研究对象。首先，将UG＿NX建立的几何结构导入ANSYS中对两者进行有限元静力学分析。根据搅拌器的实际工况，分别施加力与载荷后，求解得到变形图和等效应力图。其次，在静力学分析的基础上对叶片进行响应面分析。以质量最小为优化目标，叶片的厚度和宽度为设计变量，叶片在对应的力与载荷条件下所受的应力与变形为约束条件，最后求解得到质量最小且满足应力、应变条件下所对应的最优结构尺寸方案。最后，为避免搅拌轴发生共振，对搅拌轴进行模态分析，得到其前六阶的振型和固有频率。最终仿真结果表明，叶片质量减少为原来的31%，且最大变形仅为0.035 mm，最大等效应力为7.52 MPa。证明采用响应面分析法对搅拌轴及叶片的结构进行轻量化设计能够满足强度要求。