1.1 軟件簡介

    ANSYS有限元軟件是當前比較流行的產品設計分析高級CAE工具之一，經過幾十年的發展，其技術涵蓋各個學科領域，與同類軟件比較，ANSYS在很多方面有這獨一無二的優勢，如統一的數據庫，強大的二次開發功能，良好的界面，豐富的CAD軟件數據接口等。

ANSYS-workbench是ANSYS公司目前主推的有限元平臺，相比經典界面APDL優點眾多，能解決目前出現的各種仿真問題，該平臺提供了強大的功能和較好的用戶界面，包括集成的項目視圖和無縫集成的參數管理，可以采用拖拽的方式完成多物理場的分析流程，并且在前處理方面優秀于其它有限元軟件。該仿真平臺設置簡單，推動了仿真產品的設計。本文采用的是結構靜力學分析的模塊（static structual)。

1.2 基于Ansys-workbench的水箱靜力學分析

1.2.1 有限元分析流程

   

從上述流程圖可知分析步驟為：

（1）基于SolidWorks軟件進行水箱三維建模。

（2）基于ANSYS-workbench平臺下的mesh進行水箱系統的網格劃分。

（3）基于ANSYS-workbench平臺下的static structual模塊添加水箱的邊界條件和約束等設置。

（4）求解并分析。

1.2.2 水箱系統有限元建模

     水箱系統是洗碗機的重要核心零部件，水箱系統由水箱上片，水箱下片，浮子系統，放水閥，水管道等組成，在洗碗機正常工作過程中，水箱需要自動進水或手動進水，進水約5L左右后，觸發浮子接通信號，會發出進水已滿的報警聲之后進行正常洗滌過程。

    本章分析的重點是水箱上下片的結構強度分析，在進行建模時，需提出幾點假設：1 各零件材料為各向同性，密度分布均勻；2.由于本章先要對理想情況下的水箱系統進行分析，這里假設水箱上片，下片等零件均為理想狀態即不考慮結構和材料的缺陷及加工，裝配過程中的殘余應力等。

    

1）單元選擇，定義材料和網格劃分

     將簡化后的水箱三維模型另存為.xt文件，將.xt文件導入到ANSYS-workbench中，在網格劃分之前需選擇實體單元，ANSYS軟件提供了常見的單元類型，如實體單元和彈簧阻尼單元等等，根據每種單元的算法不同和實際應用的需要，設計人員需要通過不同的命令流在ANSYS-workbench平臺下，對單元進行選擇或更改。本文所研究的是水箱的上片和下片強度分析，建立的均是實3D體,因此選擇默認的solid164單元，水箱上下片材料PP，密度0.9g/cm3,彈性模量0.89GPa，泊松比0.42

    進入mesh進行網格劃分，模型采用四面體實體單元劃分，這種單元為非結構化網格，運算速度快，對于類似于水箱這種復雜模型，求解效率快，水箱上片和水箱下片均采用Patch conforing Method-tetrahedrons網格劃分方法，同時添加局部網格尺寸劃分Body sizing=2mm 方法，為了保證求解精度和求解時間代價的平衡，網格劃分規模節點數為1101881，單元數量553351，有限元網格如圖1-2所示。網格生成后,需要對模型進行檢查,檢查模型是否存在致命的問題,如重復節點，重復單元，殼單元法向是否一致等等，網格質量圖如圖1-3所示，平均質量0.8以上，網格質量好。

                                        圖1-2 水箱有限元模型

                                           圖1-3 網格質量  

 

 2.定義約束和施加初始條件

     本文研究是洗碗機水箱上下片在極限工況下的靜力學分析，當進水約5L左右后，水箱處于滿載荷狀態，此時水液面高度約為245mm,水箱內部均受到水壓力作用，水箱底面壓力0.0024Mpa,假設滿載情況下，水箱水面靜止，此時該水平面壓力為0，在該處設置為局部坐標系零點平面，水箱內壁壓力隨深度而線性變化，采用hydrostatic pressure進行設置，Fluid Density=1000kg/m3,因為水箱內底部壓力為0.0024Mpa,，調整Hydrostatic Acceleration為10500kg/mm2，約束是對有限元模型進行自由度的添加，因為水箱是通過螺釘連接固定在洗碗機內膽上，故在水箱螺釘連接處采用固定Fixsupport約束，具體邊界和約束條件如圖1-4所示。

     

                                            圖1-4 靜水壓力設置  

 

                                           圖1-5邊界條件 

1.2.3水箱靜力學結果分析

   水箱由水箱上片和下片通過熱板焊接工藝組成，水箱整體應力應變云圖如下：

    

                               圖1-4 水箱整體應力云圖 

                              圖1-5 水箱最大應力處局部應力云圖 

                             

                               圖 1-6   水箱整體形變云圖 

    

                              

                                圖1-7水箱整體體應變云圖 

   由上圖可知：水箱整體的最大應力為7.66Mpa,最大應變為9.3X10-5，發生在水箱上片內部靠右側加強筋位置處，如圖1-4,1-5,1-7所示，小于PP材料的屈服極限強度30MPa,滿足強度要求，最大形變發生在水箱上片中間位置處，最大形變量為0.0155mm.在滿載水時，水箱內部受到壓力作用，變形較小，滿足要求。

   綜上所述：該水箱滿足強度剛度要求