高速逆流色谱仪行星架结构设计与拓扑优化

高速逆流色谱技术在解决生物医药领域活性成分分离纯化的瓶颈问题上具有无不可逆吸附、样品回收率高、耐受性好等独特优势,因此十分有必要提升现有小型高速逆流色谱仪的分离纯化效能,开发具有高效、快速、大容量制备能力的工业型高速逆流色谱仪。作者以大容量高速逆流色谱仪的行星架结构为研究对象,首先在3维软件中设计行星架结构,并以仿真软件HyperWorks为平台,建立有限元模型,根据行星架上主要负载的受力特点施加载荷及约束条件,进行了静力学分析及模态分析,发现其最大变形和最大等效应力都较小,1阶模态频率较高,可进一步优化结构。基于变密度法中的SIMP(solid isotropicmaterial with penalization)插值模型,利用折衷规划法建立了提高刚度并减小柔度的多目标函数的数学模型,对行星架进行结构拓扑优化,寻求材料更合理分布,并得到了优化结构。在优化结果的基础上重新设计了新行星架,再次进行动静力学性能仿真分析,确保行星架结构改进设计的合理性。研究表明:仿真分析结果验证了结构的安全可靠性,优化后的行星架的各项性能都能满足要求,并且质量降低了13.1%,得到了比原始结构更加优良的新结构。

大容量高速逆流色谱仪分离柱结构设计与优化

为得到高效、快速、制备量大的分离效果,设计一种大容量高速逆流色谱仪分离柱结构。并使用 ANSYSWorkbench 建立有限元模型,进行静力学分析及模态分析,验证设计的合理性及实用性;再利用响应曲面优化算法,选定分离柱的 3 个关键尺寸作为设计变量,最大等效应力、最大总变形量和模型质量作为优化目标,对优化目标设置条件约束,经过计算得到较为合理的分离柱结构,最后进行疲劳分析校准。整个分析过程可确保该结构设计的可靠性,为后续进行高速逆流色谱仪整机的结构与优化设计提供参考。

高速逆流色谱仪行星架材料选择与性能分析

行星架是高速逆流色谱仪的重要组成部分,选择合适的材料,对行星架的强度以及整个行星系统的稳定运转十分重要。从行星架的强度、刚度以及高速运行环境考虑,进行5083铝合金、7075铝合金、40Cr合金钢以及TC4钛合金4种耐腐蚀合金的选材分析。运用ANSYS Workbench分析4种材料的行星架在高转速3 000 r/min下的变形、等效应力以及疲劳寿命;对更换行星架材料后的整个转子系统进行模态分析。分析结果表明:4种备选合金材料均能避开电机的激振频率,并达到行星架持续稳定运转的各项性能要求。其中,5083铝合金质量最轻,成本适中,是行星架材料的首选。

“几”字型双支撑高速逆流色谱转子系统的结构优化与性能分析

转子系统是逆流色谱仪的核心部件之一,对高速逆流色谱仪高效分离功能的实现起着关键作用.针对现有技术下逆流色谱仪悬臂式安装存在重量大、解绕管易断裂及拆卸困难等问题,本文提出了一种“几”字型双支撑逆流色谱仪转子系统机械结构.以此为研究对象,本文通过Ansys Workbench仿真平台进行了静力学分析和模态分析.然后,基于SIMP变密度法,本文以提高结构刚度为优化目标、减小质量为约束,对“几”字型双支撑的行星架进行了拓扑优化.最后,本文对二次建模后的转子系统进行动静力学性能分析与疲劳分析,并试制了样机.仿真结果表明,经行星架优化后,转子系统各项性能均满足高速逆流色谱仪的设计要求,但质量与未优化前相比降低了11.9%.本研究可望为高速逆流色谱仪的高效分离性能提供保障.