和节点的编号。

但是直接建模的方法往往需要处理人鼍的数据，也不能进行自适应网格划分。

改进网格划分很凼难。

对大而复杂的结构，应采实体建模的方法。

提供了两种方法进行实体建模，即自底向上的建模方法和臼上向下的建模方法。

自底向上的建模方法是先创建关键点，然后依次创建相关的线面和体等图元。

自上向下的建模方法是可以直接创建最高级的幽元，如球，棱梓等三维实体，通常称之为几何体素。

当定义了个体素时，释序会自动定义相关的面线和关键点。

可以利用这些高级图元直接构造几何造型。

在建模过程中，自上而卜，的建模方式和自底向上的建模方式可以自由组合使用，使模型的创建更加方便。

实体建模的优点是对于庞大或复杂的模型，特别是对三维实体模犁更合适相对而言需处理的数据少些容许对节点和单元不能进行几何操作如拖拉和旋转支持使用面和体的体素及布尔运算以顺利建立模犁便于施加载荷之后能进行所要求的局部网格细化便于几何上的改进便于改变单元类型，不受分析模型的限制。

无论是使用自底向上还是自上而下的方法构造实体模型，均由关键点线面和体组成。

这些图元的层次关系是体以面为边界，面以线为边界，线以关键点为端点。

无论是使用白底向上还是白上而的方法建模，均能便埘布尔运算来组合数据集，形成个实体模璎。

程序提供了完整的布尔运算。

诸如相加相减相交分割粘接和重叠。

在创建复杂实体模犁时，对线面，体的布尔运算操作能减少相当可观的建模工作量。

程序还提供了拖拉延伸旋转移动拷贝蒙皮等功能，可以大大减少建模时间。

辅助工具如选择和组元拾取与利用工作平面，为建模提供了极大的方便。

可以在其它系统中建立模犁并把它输入到中进行分析。

它有如下优点是可以利朋已有模型，避免重复作二是可以利用熟悉的工具去建模。

但是，从系统中输入的模硝，如果不适丁网格划分则需要人量的修补作。

的分析功能软件的分析功能包括结构分析非线性分析热分析电磁场分析电场分析流体流动分析谐波分析瞬态分析响应谱分析随机振动分析和屈曲分析。

非线性分析包括结构非线性分析材料非线性分析，几何非线性分析利单元非线性分析。

热分析包括稳态热分析瞬态热分析，相变分析和热结构耦合分析。

电磁场分析包括静态电磁场分析低频时变电磁场分析和高频时变电磁场分析。

电场分析包括电流传导分析静电分析和电路分析。

流体流动分析包括计算流体力学分析层流湍流和热流体和声学分祈。

耦合场分析适合于热应力分析磁热分析磁结构分析流体流动热分析流体流动结构分析热电分析电路耦合电磁场分析电磁及压电耦合分析。

软件还具有将部分单元等效为个独立单元的子结构功能，将逆向中的部分与其余部分分开重新细划网格的子模型功能和参数设计语言可以进行结构的优化。

软件主要特点主要技术特点唯能实现多场及多场耦合分析的软件难实现前后处理求解及多场分析统数据庠的体化大型软件唯具有多物理场优化功能的软件唯具有中文界面的大型通用有限元软件强大的非线性分析功能多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置支持异种异构平台的网络浮动，在异种，异构平台上用户界面统数据文件全部兼容强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行多种自动网格划分技术良好的用户开发环境支持的图形传递标准与软件的接口恒倒伞型曝气机叶片标准与二维图形根据中华人民共和国机械行业标准倒伞型表面曝气机基本参数如表所示名称单位数值叶轮公称直径动力效率叶轮浸没深度参见附录表倒伞型表面曝气机基本参数图叶轮的参数化模型图叶片的二维图图倒伞曝气机总成二维平面图曝气机的优化设计方法曝气机具有充氧推流和搅拌性能，反映这些性能的主要指标是充氧动力效率和底部流速。

其中最主要性能指标是充氧动力效率其中，其中，是在室温和个标准大气压下的氧气传输速率，是试验时的氧气饱和浓度，这里假设为常数。

为标准条件下的氧气传输体积系数，表达式为为搅拌功率为单位体积的功率其中，为流量，为出口射流速度，为射流厚度。

速度与叶片的流线厚度关系密切，而且叶片的流线也是影响搅拌功率的个主要因素。

因此为了更好的研究叶片的流线和外形，从叶片的应力应变研究入手。

对叶片的形状和厚度进行优化设计。

因此，对于搅拌叶片的优化设计关系到整个曝气机性能的优化。

本文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，减轻整受力和变形情况，然后将这些单元整合起来，就形成了整个零件的受力变形图。

叶片应力和变形分析图总位移云图图方向变型图图方向变型云图图方向变型云图图等效应力云图计算结果与分析变形分析图显示了载荷作用下叶片的变形云图。

从图可以看出，载荷作用下叶片的最大位移达到左右。

叶片变形较大的地方主要为叶片的尖端部位，此处手较大扭矩。

因此，在叶片的设计制造中采取些措施防止叶片过度变形至关重要。

应力分析载荷作用下气瓶的应力强度云图如图所示。

从图可以看出，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，应力分布见图，最大应力。

叶片尖端和幅板的应力值均较低。

通过对曝气机叶片的有限元分析，获得了叶片的应力和变形值，从应力云图上可以看出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。

叶片的强度满足要求。

从分析的结果看，利用进行有限元分析能得到满意的解，在对结构进行分析后，可获得大量的数据和图片，为改进设计提供参考依据。

总结随着国家可持续发展战略的提出，环保设备，特别是污水处理设备将具有越来越好的市场前景，企业要提高市场竞争力以获取较大的市场份额，需要在原有产品基础上做进步优化，以提升产品的性能，降低成本。

本文针对曝气机这具体产品进行结构优化和工作状态模拟分析，为企业的产品革新做了卓有成效的工作。

本文的工作对其它中小企业的产品革新工作也具有很好的借鉴意义，其特色和创新点主要体现在以下三个方面首先，本文运用优化设计相关的方法学思想，提出利用技术和传统的试验方法相结合，并首次将之应用于曝气机结构优化和工作状态模拟中来，实践证明这方法非常适合中小企业的产品革新。

其次，本文利用技术对产品结构进行优化具体又包含对基于技术的计算模型的优化，然后再将优化后的计算模型用于曝气机结构优化及工作状态模拟。

本文所做的工作使得企业的产品优化或者革新周期大大缩短，节约了大量试验成本，提高了产品优化设计的可靠性。

并且己使企业拥有自主的知识产权，对提高企业的经济效益起到了积极的推动作用。

参考文献王昆机械设计课程设计北京高等教育出版社濮良贵机械设计北京高等教育出版社倒伞型表面曝气机邢普等非等角对数螺旋线搅拌叶片的实验研究工程设计学报张中和，氧气曝气国内外发展概况，上海市政工程，年月第期孙靖民，机械优化设计，机械工业出版社年月刘惟信，孟嗣宗，机械最优化设计，清华大学出版社，年月第版谢庆生，罗延科，李屹编著，机械工程模糊优化方法，机械工业出版社，年月第版樊会元，席光，王尚锦，遗传算法在流体机械设计中的应用，机械科学与技术年月第期邱栋，徐志梁，的发展及其在产品设计中的应用，家电科技，年第期程耿东，顾元宪，王健，我国机械优化应用研究的综述和展望，机械强度，年第卷第期朱伯芳，复杂结构满应力设计的浮动应力指数法固体力学学报年卷第期王光远，周正源，霍达结柯设计的两相优化法力学学报，年卷第期李康元，结构优化中处理约束的统公式计算结构力学及其应用，年卷第期致谢本设计的完成是在导师邢普老师的细心指导下进行的。

在每次设计遇到问题时老师不辞辛苦的讲解才使得我的设计顺利的进行。

从设计的选题到资料的搜集直至最后设计的修改的整个过程中，花费了邢老师很多的宝贵时间和精力，在此向导师表示衷心地感谢，导师严谨的治学态度，开拓进取的精神和高度的责任心都将使学生受益终生，周梦远年月附件图纸倒伞型曝气机总装图叶片机的质量，降低制造成本，并提高工作效率。

倒伞型曝气机的有限元分析设单元内任意点的位移函数为或利用节点处的边界条件，以表示的节点位移并写成这里，为相应矩阵，代入得用节点位移表示单元体内任意点位移的插值函数式根据位移插值函数，由弹性力学给出的应变和位移关系，可计算出应变为式中，表示应变矩阵。

相应的变分为由弹性力学物理关系，得应力与应变的物理关系式为式中，是弹性矩阵。

根据虚位移原理可得单元节点力与位移之间的关系式式中，是单元特性，即刚度矩阵，并可写成把各单元按节点组集成与原结构相似的整体结构，得整体的节点力与节点位移的关系式，即整体结构的平衡方程式中，表示整体结构的刚度矩阵，表示整体荷载列阵，表示整体结构所有节点的位移列阵，对于结构静力分析载荷列阵可包括式中，体积力转移，表面力转移，可采用不同的计算方法解有限元方程，得出节点的位移。

需要注意的是，在求解之前必须对结构平衡方程组进行边界条件处理。

然后再解出节点位移。

在计算出各单元的节点位移后，利用式和即可求解出相应的节点应力。

本文选用作为分析平台对叶片工作过程进行有限元分析。

其在的叶片命令流如下定义分析文件名定义标题，导入叶片格式的几何模型，开始有限元模型的建立，进入前处理器，定义单元类型为单元，定义材料弹性模量，定义材料泊松比，，定义材料密度设置单元尺寸大小选定划分网格的单元类型选定划分网格的材料类型选择所有实体划分所有实体，生成网格，完成有限元模型的建立，有限元模型的边界条件的施加和分析求解，进入求解器设置分析类型为静力分析，选择要约束的节点，并约束所有位移，，在几何面上施加分布压力求解计算，完成，保存所有文件，完成静力分析的求解计算，结果查看，进入