基于Meshfree和ANSYS Mechanical的水箱流道的变形仿真分析

1.问题描述及仿真模型

为同时满足自动扫地和拖地的功能，某品牌扫地机器人配备了电控水箱，通过蠕动泵将水箱内的水带入到流道中，最终通过流道的出水孔均匀的流出至地面。由于流道是紧密装配在机构中，受到了一定的约束和力的作用导致其发生了一定的变形，而变形后的流道会影响各出水口的出水效果，各出水口流量分配不均匀导致拖地效果不好。因此，减小流道的变形幅度在流道设计中是一个很重要的问题。本文分别通过Meshfree和ANSYS Mechanical软件计算同样约束条件和载荷条件下流道的变形，比较两款软件计算结果的精确性与一致性。

仿真模型如图1所示。

                       图1 水箱流道仿真模型

2.Meshfree计算分析

• 新建一个线性静力分析，导入建立好的CAD模型。

                         图2 建立仿真模型

• 新建材料ABS，具体材料参数见图3，并将ABS材料赋予导入的几何模型。

• 在流道的进水口和两个出水口的内壁面施加自由约束，如图4所示。

                           图4 施加约束

• 在流道的上表面施加向下的均布载荷力5N，如图5所示。
  

                             图5 施加载荷

• 求解及计算结果输出

                          图6 总变形云图

                          图7 VON-MISES应力云图

3.ANSYS Mechanical计算分析

• 导入几何模型，定义ABS材料参数，见图8所示。
  

                            图8 定义ABS材料

• 网格划分

                            图9 网格划分

• 在流道的进水口和两个出水口的内壁面施加固定约束

                         图10 施加固定约束

• 在流道的上表面施加向下的均布载荷力5N

                         图11 施加均布载荷

• 求解及计算结果输出
  

                          图12 总变形云图

                          图13 VON-MISES应力云图

4.计算结果对比

• Meshfree和ANSYS Mechanical的变形计算结果吻合度非常高，整体模型的变形分布趋势也基本一致，准确性和一致性较好。

• Meshfree和ANSYS Mechanical的应力计算结果数值上差异很大，但整体模型的应力分布比较接近，具备一定的参考性。

• Meshfree的计算步骤简洁，计算速度迅速，适合作为产品的初步设计阶段以及优化设计，具备很高的工程应用价值。