扇贝脱壳机特征值屈曲特性分析及优化

卢存壮， 张建华*， 王艾泉， 李府谦

(1.山东大学 机械工程学院， 山东 济南 250061；2.高效洁净机械制造教育部重点实验室/机械工程国家级实验教学示范中心， 山东 济南 250061；3.山东省机械设计研究院， 山东 济南 250031； 4.山东金瓢食品机械股份有限公司， 山东 威海 264300)

扇贝因肉质鲜嫩、营养丰富而深受消费者的喜爱和追捧[1]。实现扇贝闭壳肌与壳体分离是扇贝加工的关键环节之一[2-3]。河北农业大学谷晓翠[4]开发出一种转盘式闭壳肌剥离生产线，以凸轮分割器作为传动机构，实现扇贝壳肉分离要求；尹欣玲等[5]设计出一种成形刀撑开式工作台，实现闭壳肌脱离贝壳表面；解秋阳等[6]利用水射流数控装置使闭壳肌脱落；朱其霄[7]通过对扇贝生物结合力的测量，研制出一种外套膜剥离机械手。张建华、王艾泉和李府谦共同提出并研发一种扇贝脱壳机，对蒸煮后的扇贝进行脱壳处理，从而实现扇贝闭壳肌与壳体的分离。

课题组基于SolidWorks建立扇贝脱壳机实体模型后，利用ANSYS Workbench 18.0对脱壳机进行屈曲分析，通过变密度法进行拓扑优化设计，以减轻结构质量，将优化前后模型的屈曲分析结果分别进行了对比，以保证优化后的结构仍满足实际工况要求。

1 扇贝脱壳机三维模型的建立

课题组采用SolidWorks建立三维实体模型，如图1所示，并将模型文件导入ANSYS Workbench中。

图1 扇贝脱壳机三维模型Figure 1 Three-dimensional model of scallop sheller

2 有限元分析

2.1 建立有限元模型

在Eigenvalue Buckling屈曲分析模块中，脱壳机材料定义及性能参数如表1所示。有限元分析过程中，模型结构与网格划分的方法影响划分网格的质量和速度[8]，基于上述问题，课题组采用正四面体划分网格，共划分成115 297个单元和275 973个节点。……