稳态温度场中CT机械系统关键件变形分析

摘 要：在稳态温度场中，由于CT机腔内存在温差，导致关键机械件发生膨胀或收缩，从而使零件产生应力和变形，影响零件功能。使用SolidWorksSimulation软件包，采用有限元方法可对这类问题进行分析。

关键词：稳态温度场；CT机械系统；有限元

中图分类号：TG115 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-02

CT机在扫描过程中各电气件（如球管、高压、检测器及电源等）都存在热损耗问题，从而导致CT机腔内温度发生变化。温差的存在会导致不同材质零件发生膨胀或收缩，使零件本身和连接处产生应力和变形。如何评估应力和变形对零件功能的影响是必须要解决的问题。本文使用SolidWorksSimulation软件包对CT机械系统中关键件在稳态温度场中因线性膨胀产生的应力和变形进行评估，提供了一种有效解的解决类似问题的方法。

一、机械结构及参数信息

二、计算分析过程

（一）模型建立

（二）线性膨胀计算

（三）有限元分析前置处理

使用SolidWorksSimulation软件对该问题进行计算分析，需要对模型进行前置处理，包括网格划分、约束、加载，然后进行有限元计算和分析。

1.算例设置及约束等设置

检测器底板与旋转板部件由于线性膨胀，所以在两组固定螺钉紧固下，各零部件均承受载荷。在自由膨胀下，L1和L2发生微小变化。为方便计算，检测器底板固定通孔与旋转板固定孔简化为销配合。设置销与旋转相触面设置为“无穿透”，同时设置检测器固定孔与销之间为“冷缩配合”的相触面组设置。

根据上述采用冷缩配合相触面设置的方法，对算例分析选项进行设置。算例属性对话框选项中，勾选“提高无穿透接触表面的精度（更慢）”；在解算器中勾选“DirectSparse”和“使用惯性卸除”选项。由于是冷缩配合的相触面设置，因此不需要设置固定约束（需要算例分析选项勾“使用惯性卸除”项）。

2.网格划分

在进行网格划分前，对模型进行预处理，包括简化模型特征，如与计算无关的圆角、倒角、螺孔等，同时还要使用网格控制功能对关注的微小进行加密处理，提高网格精度。

本例中对固定螺孔配合特征、检测器模块安装面进行了加密处理，网格划分结果为：单元大小20mm，误差0.15mm，节总数147279，单元总数92982，网格划分详见图2所示。

3.有限元计算

在完成前置处理后，进行有限元计算。SolidWorksSimulation软件可以自行进行计算，同时在计算过程中也可以监控收敛过程及关注参数的变化趋势。

三、计算结果分析

使用SolidWorksSimulation软件进行有限元分析可显示的结果包括应力、变形、应变和安全系数等图标，可以直观的观察零件各处的应力等变化情况，根据需要进行自行设置和显示，还可以通过探测来查看关注点处的计算结果。

结论：

（1）通过计算可知，对于整个装配体，线性膨胀对固定点周边影响较大，对其它特征影响较小；

（2）通过计算可知，铸铝材质检测器底板可以直接固定在Q35B材质的旋转板部件上，不需要再设计铝材质的过渡板等零件，总体设计简化，成本降低；

（3）通过计算可知，在稳态温度场中，当温差变化范围较小时，线性膨胀对Q235B和铸铝材质的两种零部件的应力和变形影响较小，类似零件的设计可以参考本计算分析结果；

四、总结

本文使用SolidWorksSimulation软件，在稳态温度场中，对CT机械系统关键件检测器底板因线性膨胀问题而导致应力和变形进行了有限元计算，有效的评估了对零件力学性能的影响。这种方法操作简单、直观，对解决类似问题提供了一种方法。

参考文献：

[1]DSSolidworks公司.SolidWorksSimulation基础[M].北京：机械工业出版社，2012：5-20.

[2]DSSolidworks公司.SolidWorksSimulation高级教程[M].北京：机械工业出版社，2011：15-30.

[3]成大先.机械设计手册第1卷（第四版）[M].北京：化学工业出版社，2002，1-11.