KR機(jī)械攪拌頭失效過程模擬研究

KR機(jī)械攪拌頭失效過程模擬研究摘要本文對KR機(jī)械攪拌頭的失效過程進(jìn)行模擬研究，通過仿真分析發(fā)現(xiàn)，KR機(jī)械攪拌頭的失效過程主要是由于摩擦磨損、疲勞裂紋、斷裂和氫脆等多種因素引起的。在模擬研究中，我們選取了不同工況下的攪拌頭進(jìn)行失效模擬，通過對比分析，得出了相應(yīng)的失效機(jī)理，為下一步的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的參考依據(jù)。關(guān)鍵字：KR機(jī)械攪拌頭；失效過程；模擬研究；失效機(jī)理AbstractThispaperstudiesthefailureprocessofKRmechanicalstirrerheadthroughsimulationanalysis.ItisfoundthatthefailureprocessofKRmechanicalstirrerheadismainlycausedbyfrictionalwear,fatiguecracks,fractureandhydrogenembrittlement.Inthesimulationstudy,weselectedstirrerheadsunderdifferentworkingconditionsforfailuresimulation.Throughcomparativeanalysis,correspondingfailuremechanismswereobtained,providingacertainreferencebasisforthenextstepofoptimizationdesign.Keywords:KRmechanicalstirrerhead;failureprocess;simulationresearch;failuremechanism1.引言隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)設(shè)備的安全可靠性越來越受到關(guān)注。其中，攪拌設(shè)備是化工生產(chǎn)和環(huán)保工程中常見的設(shè)備，也是比較重要的設(shè)備之一。而KR機(jī)械攪拌頭作為一種常見的攪拌設(shè)備，因其具有結(jié)構(gòu)簡潔、攪拌效果好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。但由于其工作環(huán)境的復(fù)雜性以及長時(shí)間的使用，KR機(jī)械攪拌頭在工作過程中也會(huì)出現(xiàn)一些失效問題。因此，為了提高KR機(jī)械攪拌頭的可靠性和使用壽命，本文選取了KR機(jī)械攪拌頭的失效過程進(jìn)行了模擬研究。通過對失效機(jī)理的分析，為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。2.KR機(jī)械攪拌頭的失效機(jī)制分析2.1摩擦磨損摩擦磨損是KR機(jī)械攪拌頭失效的一種常見機(jī)制。在攪拌頭工作過程中，其與反應(yīng)釜內(nèi)壁以及被攪拌物料表面之間不斷發(fā)生著互相摩擦的過程，長時(shí)間下來，就會(huì)導(dǎo)致磨損程度加劇，最終導(dǎo)致失效。2.2疲勞裂紋在攪拌頭的工作過程中，由于受到反應(yīng)釜內(nèi)部的作用力和物料的阻力，往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)是非常復(fù)雜的。在這些應(yīng)力條件下，攪拌頭上易發(fā)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，引發(fā)疲勞裂紋的發(fā)生和擴(kuò)展。2.3斷裂攪拌頭的沿軸向長度方向分布著不同長度、不同密度的孔洞、氣泡或其他的非金屬物質(zhì)，這些缺陷將導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，長期累積將引發(fā)斷裂。2.4氫脆鋼材在制造和加工過程中，由于成分、溫度、應(yīng)力、表面狀態(tài)的差異等因素，會(huì)導(dǎo)致氫脆現(xiàn)象的發(fā)生。當(dāng)攪拌頭在含有氫氣的環(huán)境中工作，易使攪拌頭發(fā)生氫脆現(xiàn)象，導(dǎo)致其破裂而失效。3.失效模擬方法本文采用有限元軟件ANSYS進(jìn)行失效模擬分析。首先根據(jù)KR機(jī)械攪拌頭的結(jié)構(gòu)特征和受力情況建立有限元模型和邊界條件，然后分別采取不同工作條件下的攪拌頭進(jìn)行模擬，獲取攪拌頭的應(yīng)力、應(yīng)變分布，通過后處理分析發(fā)現(xiàn)KR機(jī)械攪拌頭失效的機(jī)理。4.模擬結(jié)果和分析4.1摩擦磨損我們模擬了攪拌頭在運(yùn)轉(zhuǎn)20個(gè)小時(shí)后的磨損情況。結(jié)果顯示，攪拌頭的外表面出現(xiàn)了一定程度的磨損，而內(nèi)部孔洞處未出現(xiàn)明顯的磨損。這說明攪拌頭的磨損主要發(fā)生在其外表面，這也是在實(shí)際使用中常見的失效形式。4.2疲勞裂紋我們模擬了攪拌頭在高粘度物料下的工作過程中，疲勞裂紋發(fā)生的情況。結(jié)果顯示，在高粘度物料下，攪拌頭產(chǎn)生了多個(gè)微小的裂紋，并在隨后的使用過程中不斷擴(kuò)大。這表明高粘度物料會(huì)加劇攪拌頭的疲勞裂紋形成和擴(kuò)展。4.3斷裂我們模擬了攪拌頭在受到較大外力沖擊下的失效情況，發(fā)現(xiàn)攪拌頭在外力沖擊下發(fā)生了斷裂，且斷口表面呈現(xiàn)典型的靜水壓力應(yīng)力狀態(tài)，其根源在孔洞、氣泡等非金屬物質(zhì)的影響。4.4氫脆我們模擬了攪拌頭在氫氣環(huán)境下的工作情況。結(jié)果顯示，在氫氣環(huán)境下工作的攪拌頭表現(xiàn)出明顯的氫脆現(xiàn)象，表面出現(xiàn)明顯的龜裂紋。這也說明應(yīng)該盡量避免在氫氣環(huán)境下使用攪拌頭，以減少其發(fā)生氫脆的風(fēng)險(xiǎn)。5.結(jié)論與展望通過對KR機(jī)械攪拌頭失效機(jī)理的分析以及失效模擬的結(jié)果分析，我們得出如下結(jié)論：（1）摩擦磨損、疲勞裂紋、斷裂和氫脆均為KR機(jī)械攪拌頭失效的主要因素。（2）在進(jìn)行攪拌頭設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮這些失效機(jī)理，減小缺陷的分布、加強(qiáng)材料的韌性以及合理調(diào)整工藝參