李洪文

摘 要：本文首先對有限元分析方式進行了簡要介紹，重點闡述了其應用原理和應用方式。隨后在濕法混合制粒機中將設計理念加以融合，有其是在攪拌槳和攪拌桶上的應用情況進行了說明，以求了解有限元分析結(jié)果和近似值之間的關系。

關鍵詞：有限元；制藥機械；結(jié)構；變形

在進入新時代以來，人們對于產(chǎn)品的要求正在不斷提高，這種要求不僅局限在使用層面，其對于設計方面的要求也提高了。在這種情況下，舊有的理論已經(jīng)無法適應當前的設計工作。在這種情況下，有限元分析就給設計工作提供了一些新的思路，希望可以給設計者帶來一些設計靈感。

1 有限元方法基本原理概說

將一個整體的系統(tǒng)進行分割，分割成若干個單元，之后對每個單元都提出一個近似的解，之后 將所有單元的解進行組合，最終形成一個近似的數(shù)值，構成一個模型，這就是有限元數(shù)學模型。正常來說，這種計算方式有3個過程。

1.1 劃分網(wǎng)格

有限元的本質(zhì)就是將若干個個體來替代原來的整體，所以我們第一個步驟就是簡化其中的彈性體，然后再將彈性體進行劃分，變成若干個單元。每個單元之間可以通過節(jié)點來進行連接，這種由子單元和節(jié)點所構成的整體就可以成為網(wǎng)格了。

1.2 分析單元

我們首先可以將單元節(jié)點位移，并且將其作為一個基本的變量。然后確定一個近似的表達式才能進行單元分析。之后對單元的具體應力情況進行計算，再建立起一個有效的單元中節(jié)點位移方面的關系。

1.3 分析整體

在進行每個單元的分析之后，就可以對整體進行分析了。建立起節(jié)點外載荷和其位移之間的關系，這就是整體分析環(huán)節(jié)，在整體分析結(jié)束之后就完成了有限元分析過程。

2 運用有限元分析思路來改良濕法混合制粒機

2.1 優(yōu)化攪拌槳

在混合制粒機的機體結(jié)構中，攪拌槳是其中非常重要的一個結(jié)構。這直接決定了攪拌槳本身運作原理非常復雜。就組成部分來說，攪拌槳有多個面，厚度也隨著距離變化而有所區(qū)別。為了保證攪拌槳能夠正常運作，往往需要保證攪拌槳的邊緣和機器的側(cè)壁和底部留有一定的距離，所以攪拌槳的剛度也就成為了一項非常重要的參數(shù)。

僅僅應用材料力學等學科的知識難以解決上述存在的問題，我們可以應用有限元的方式來分析攪拌槳?？梢赃M行三維建模并且劃分網(wǎng)格來進行計算。正常狀態(tài)下，攪拌槳最大變形往往會出現(xiàn)在整個攪拌槳的頂部，其形變幅度最大已經(jīng)達到0.8mm以上，和設計要求相比仍然有一定的區(qū)別。隨后我們就對攪拌槳進行了加固，以使其滿足要求。

2.2 攪拌桶分析

在制粒機中，攪拌桶也是一個具有較高精度要求的部件。如果所使用的加工工藝比較特殊，則會大大提高加工成本。對于攪拌桶來說，其剛度和形變是成反比的，其筒壁的厚度又和剛度成正比，但這樣一來，又會造成材料的浪費和成本的增加。所以我們需要達到一個成本和要求之間的平衡點。

其具體方式就是首先對筒壁厚度進行分析，如果其依然低于設計要求，就增加筒壁的厚度，最終達到設計的要求。

首先將安裝塊的位置固定起來，之后在表面進行均勻施壓。隨后將其表面的法蘭切碎，來提高彎矩。再講法蘭表面施加平均應力，最后在家哦半桶底部施加應力。最終確定，原有的攪拌桶設計方案可以符合使用要求。

3 使用逼近比較法求解有限元分析結(jié)果的近似真實值

有限元分析方法最早應用于航空航天領域，主要用來求解線性結(jié)構問題，實踐證明這是一種非常有效的數(shù)值分析方法。而且從理論上也已經(jīng)證明，只要用于離散求解對象的單元足夠小，所得的解就可足夠逼近于精確值。但由于越是細密的網(wǎng)格需要的計算成本就越高，所以所選單元大小是求解精度和計算成本相平衡的結(jié)果。在實際的有限元分析中，由于不可能使用無窮小的單元去劃分模型，只能通過逼近比較法驗證分析結(jié)果的精度。

下面用一個運用有限元分析方法進行結(jié)構分析的實例說明逼近比較法的使用。所分析結(jié)構最大尺寸為8m，求解在負載下的變形情況，運用四面體單元對模型進行網(wǎng)格劃分。采用相同的加載方式，單元大小分別為60mm、50mm和40mm的求解結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示。

由求解結(jié)果可知：當單元大小為60mm時，最大變形為1.107mm；當單元大小為50mm時，最大變形為1.161mm；當單元大小為40mm時，最大變形為1.184mm。隨著單元尺寸不斷減小，變形結(jié)果不斷增大，同時計算結(jié)果也不斷逼近真實值。單元大小為60mm與單元大小50mm的計算結(jié)果的差為0.054mm，是單元大小為50mm時計算結(jié)果的4.65%；單元大小為50mm與單元大小40mm的計算結(jié)果的差為0.023mm，是單元大小為40mm時計算結(jié)果的1.94%。由上面的分析和有限元方法理論可知，當單元大小再減少10mm時，計算結(jié)果的變化將<2%，單元大小的變化帶給分析結(jié)果的變化越來越小。那么，1.184×1.02×1.02×1.02×1.02=1.282（mm）將接近結(jié)構變形的真實值。

結(jié)束語

經(jīng)過前文總結(jié)，我們已經(jīng)知道，當前有限元分析方式正在不斷走向成熟，隨著其發(fā)展完善，將會在各個領域都得到有效利用。當前隨著人們生活水平的提高，對于藥品的要求也越來越高，這就需要我們重視制藥機械的設計工作，可以說，在未來一段時間內(nèi)，制藥機械的設計改良工作中，有限元分析方法將會發(fā)揮出很大的作用。例如我們可以針對振動噪音進行分析，或者精確設計攪拌槳和攪拌桶等等，這些都有助于改善先前存在的一系列問題，讓我國制藥機械質(zhì)量大大提高，達到高效、高穩(wěn)定性的目的。

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