此研究采用的叶片优化方法：运用有限元分析软件找出叶片的应力危险区，以有目的性的去实施补救措施，对于受力变形大的区域，可以加厚叶片或采用加强筋板，对于应力比较的小的区域可以采取相对较薄的设计，减轻整机的质量，降低制造成本，并提高工作效率。
      叶片材料20Ｃｒ，密度7.85×103ｋｇ/ｍ3，弹性模量为205ＧＰａ，泊松比为0.29。按上述的网格划分的规则，综合考模型的对称性、计算的经济性及网格的质量等问题，在Ｎａｓｔｒａｎ系统中采用三维四面体单元进行映射网格划分，采用3Ｄ单元，每个单元有4个节点，每个节点有6个自由度，ｄｘ，ｄｙ，ｄｚ，ｒｏｔｘ，ｒｏｔｙ，ｒｏｔｚ.适合于线性，大转动分析。进行网格划分，整个搅拌叶片被划分18790个实体单元。其中每个实体单元具有4个节点，每个节点有6个自由度，能够模拟搅拌叶片的受力和变形情况。根据叶片结构和载荷特性，选取结构的1/8为分析模型，按轴对称结构计算。有限元模型共划分了24287个单元，49605个节点，搅拌叶片有限元模型的网格图如图所示。
      选择连接板两侧和叶片顶部固连。假设叶片和连接板采用均布载荷，其有限元模型结构如图所示，图中箭头代表矢量力。
      载荷作用下叶片的应力强度云图如图所示，叶片总体应力分部比较均匀。叶片应力分布图显示，最大应力发生在叶片下部的圆弧部位和叶片的折弯板根部，最大应力20.5ＭＰａ。叶片尖端和幅板的应力值均较低。应变分布见图，其变化趋势与应力图一致。
      本研究选取叶片厚度为设计变量，通过调整叶片的厚度和刚度，降低叶片表面的应力，消除叶片表面的应力集中。设计变量ｘ如表所示。
      根据静态应力分析结果确定状态变量Ｓｍｉｎ和Ｓｍａｘ如表所示。程序运行时要经常检查结果收敛情况，若没达到收敛要求，再计算并调整设计变量重复以上各步直到收敛，得到最优解，其计算流程如图所示。
      优化过程中设计变量随迭代次数的变化如图所示，应力和目标函数随迭代次数的变化如图所示。由图中可知优化迭代到21次已经得到最优结果，通过对片的加厚处理，叶片优化设计前后的结果以及应力对比如表所示。
      从以上结构优化结果可知：对部分叶片加厚，部分叶片变薄，这样可以充分改善叶片的应力分配和合理利用材料。并且，由表可知，在满足设计强度和生产成本的前提下，降低了叶片表面的应力、减小了最大应力和最小应力的差值、消除了叶片表面的应力集中。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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