槽架是稀土萃取生产线的主要部件之一,其结构性能直接影响稀土萃取溶液的混合及澄清效果,从而对稀土萃取效率产生重要影响。实践表明,传统方法设计的槽架存在变形严重和振动剧烈的问题,因此对槽架进行优化设计研究以各方面提升槽架性能,对保证整个稀土萃取生产线的正常运行具有重要的意义。本文主要内容:以150L稀土萃取生产线槽架及传动机构为研究对象,对槽架及传动机构传统方法的设计过程进行分析研究,分析了槽架设计中存在的问题,论证了引入有限元优化设计思想的必要性,得到了槽架与传动机构的整体模型,为后面的有限元分析做准备。基于HyperWorks对槽架进行了应力应变分析,得到其等效应力应变云图,结果表明槽架的最大等效应力为245.9MPa,大于槽架的许用应力值156.7MPa,又由等效应变云图得到槽架最大等效应变为32.41mm,属于较大变形。由此可得槽架的应力应变过大,需进行拓扑优化以降低槽架的变形和应力。槽架主要受静力作用,所受动载荷极小,且电机运行也相对平稳,但有实践经验表明槽架存在振动的问题,由此判定槽架有可能存在共振的问题。利用Hyper Works对槽架进行前六阶模态分析,得到了槽架前六阶固有频率和振型,通过和槽架振动的各激励源频率对比,发现槽架二阶固有频率比电机频率只大1.81HZ,存在共振的危险,因此需要对槽架的固有频率进行优化。对槽架进行以柔度最小化为优化目标函数,以最大应力为槽架材料许用应力156.7MPa和设计空间优化前后30%的体积分数为约束条件,对槽架进行了拓扑优化,经过优化后槽架的最大等效应力降低到了142.5MPa,小于材料的许用应力值156.7Mpa,槽架的最大变形量由32.41mm降低到19.77mm,在槽架变形的许用范围内。经过拓扑优化设计后,槽架的固有频率有一定的改善,但是效果不太明显,因此需进一步进行详细设计阶段的形状优化设计,以进一步改善槽架的固有频率。经过形状优化设计后槽架的固有频率得到了进一步的改善,有效解决了槽架共振的问题。通过优化设计研究,槽架各方面性能得到了全面的提升。