国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于流固耦合的液力變矩器的泵輪葉片強(qiáng)度分析

2014-05-07 12:48尹明德王發(fā)穩(wěn)
機(jī)械工程與自動(dòng)化 2014年3期
關(guān)鍵詞:變矩器液力葉輪

呂 倩,尹明德,王發(fā)穩(wěn)

(南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院,江蘇 南京 210016)

0 引言

液力變矩器是復(fù)雜的多葉輪透平機(jī)械,由于流道內(nèi)外環(huán)和葉片表面均是形狀空間扭曲的曲面,加上各葉輪的相互干擾,使得葉片受力情況較為復(fù)雜。對(duì)于液力變矩器葉片進(jìn)行基于流固耦合的強(qiáng)度分析在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段。目前,魏?。?]、閆清東[2]等在基于單向流固耦合的液力變矩器葉片強(qiáng)度分析方面的研究成果頗豐,吳光強(qiáng)[3]在基于雙向流固耦合的液力變矩器研究也取得一定成就,且都提出了流固耦合分析復(fù)雜曲面的方法,準(zhǔn)確分析了葉片的應(yīng)力分布情況。

本文首先對(duì)流道進(jìn)行定常流動(dòng)計(jì)算,流體力學(xué)分析工具采用CFX;在CFX求解后,提取流道葉片處的壓力載荷,通過(guò)流固耦合施加到靜力結(jié)構(gòu)分析下的葉片模型的工作面和非工作面上,采用ANSYS/Mechanical對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

1 基本方程和算法

1.1 流體分析

在液力變矩器流場(chǎng)分析中,假定液壓油為絕熱不可壓的理想流體,故遵循N-S方程組,它包括連續(xù)性方程和動(dòng)量方程。連續(xù)性方程為:

寫成分量形式為:

其中:u,v,w分別為速度矢量V的3個(gè)分量。

動(dòng)量方程為:

其中:F為流體質(zhì)量力;ρ為流體密度;p為壓力;υ=μ/ρ為運(yùn)動(dòng)黏度,μ為動(dòng)力黏度。

寫成分量形式為:

其中:Fx,F(xiàn)y,F(xiàn)z分別為F 的3個(gè)分量[4]。

1.2 結(jié)構(gòu)分析

葉輪葉片受到流體載荷的作用,動(dòng)力學(xué)方程為:

其中:M 為質(zhì)量矩陣;C為阻尼矩陣;K為剛度矩陣;F0為節(jié)點(diǎn)載荷矢量,包括壓力、離心力等;r··,r·,r分別為節(jié)點(diǎn)的加速度、速度以及位移矢量[5]。

2 分析過(guò)程

2.1 建模

首先用三維建模軟件Pro/E建立液力變矩器整體模型、葉片模型和流道模型,各模型分別如圖1、圖2、圖3所示。此液力變矩器的有效直徑為305 mm,泵輪葉片數(shù)為22,渦輪葉片數(shù)為24,導(dǎo)輪葉片數(shù)為20。由于泵輪、渦輪、導(dǎo)輪都按各自轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),故各葉輪的流道都非常復(fù)雜,本文所取流道由液力變矩器內(nèi)環(huán)、外環(huán)、葉片工作面和非工作面組成。然后將已建好的模型導(dǎo)出為igs格式,并導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行分析,流固耦合分析流程如圖4所示。

2.2 計(jì)算模型

在液力變矩器分析過(guò)程中,假設(shè):液力變矩器內(nèi)部液壓油充滿流道,流道內(nèi)部流場(chǎng)是穩(wěn)定的,流體產(chǎn)生的載荷不足以導(dǎo)致葉片產(chǎn)生對(duì)流場(chǎng)干擾的變形;內(nèi)部的液壓油為不可壓縮的理想流體,忽略溫度變化的影響,液壓油從上游流道的出口流出后以完全相等的量流入下游葉輪流道;同一種工況下,同一葉輪內(nèi)的各個(gè)流道的流場(chǎng)特性完全相同。

圖1 液力變矩器整體模型

圖2 葉片模型

圖3 流道模型

圖4 流固耦合分析流程

本文研究中,根據(jù)液力變矩器內(nèi)部流場(chǎng)流動(dòng)的對(duì)稱性,任取一組泵輪、渦輪和導(dǎo)輪葉片作為研究對(duì)象,為了讓單個(gè)的流道模型能在計(jì)算中精確地仿真完整的流道模型,還必須在工作面、非工作面加上周期性邊界。

2.3 網(wǎng)格劃分

CFX的前處理模塊ICEM CFD提供了強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分功能,可滿足CFD網(wǎng)格劃分的嚴(yán)格要求,其特有的映射技術(shù)的六面體網(wǎng)格劃分功能,可在任意復(fù)雜形狀的模型中劃分出質(zhì)量較高的六面體網(wǎng)格。

以泵輪葉片強(qiáng)度分析為例,流道節(jié)點(diǎn)總數(shù)為31 419,單元總數(shù)為6 916;對(duì)于結(jié)構(gòu)分析,泵輪葉片模型采用六面體網(wǎng)格劃分,葉片流道節(jié)點(diǎn)總數(shù)為7 245,單元總數(shù)為1 232。圖5為泵輪葉片流道網(wǎng)格,圖6為泵輪葉片網(wǎng)格。

2.4 邊界條件設(shè)定

工作液壓油以一定的速度由流道入口流入,在流道內(nèi)一邊與葉輪一同轉(zhuǎn)動(dòng),一邊沿流道作相對(duì)運(yùn)動(dòng),并通過(guò)與壁面之間的相互作用完成機(jī)械能和液體能之間的轉(zhuǎn)化。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)理論,將流道進(jìn)口邊界條件取為速度邊界條件,出口邊界取為壓力邊界,其他界面取為無(wú)滑移壁面邊界條件,在進(jìn)口面和出口面分別給定均勻分布的速度和壓力,把上游葉片出口速度的平均值作為下游葉輪進(jìn)口速度的邊界條件,同時(shí),施加周期性邊界到葉片的工作面和非工作面上。

圖5 泵輪葉片流道網(wǎng)格

圖6 泵輪葉片網(wǎng)格

分別設(shè)置各工作輪的轉(zhuǎn)速:泵輪轉(zhuǎn)速為2 000 r/min;渦輪轉(zhuǎn)速按速比i=n渦輪/n泵輪選取,i的取值范圍為0~0.8;導(dǎo)輪靜止。此處主要分析i=0(傳動(dòng)負(fù)載較大的啟動(dòng)工況)、i=0.4(中間值)、i=0.8(最高效率工況)時(shí)泵輪葉片變形量和葉片等效應(yīng)力,在工作過(guò)程中泵輪轉(zhuǎn)速不變,設(shè)置的邊界條件初始值見(jiàn)表1。

表1 邊界條件初始值

液力變矩器內(nèi)的工作介質(zhì)為液力傳動(dòng)油,摩爾質(zhì)量為28.966×10-3kg/mol,密度為800 kg/m3,黏度為0.004 22 kg/(m·s)。泵輪葉片材料為10鋼,其密度為7 800 kg/m3,彈性模量為200 GPa,泊松比為0.3。

3 結(jié)果分析

泵輪在各工況下的變形和等效應(yīng)力分別見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 泵輪在各工況下的變形(mm)

由分析結(jié)果可見(jiàn):在離心力和流體載荷的作用下,葉片最大變形量和最大等效應(yīng)力值出現(xiàn)在啟動(dòng)工況,最大變形量為0.004 65 mm,位于進(jìn)口邊中段;最大應(yīng)力較為顯著地集中于葉片與內(nèi)環(huán)相接的根部。圖9為各工況下葉片最大變形量曲線,圖10為各工況下葉片最大等效應(yīng)力曲線。

4 結(jié)論

(1)在不同的工況下,出現(xiàn)泵輪葉片的最大變形和最大應(yīng)力的位置幾乎不變,泵輪的最大變形位于泵輪進(jìn)口中部,最大應(yīng)力較為集中地位于泵輪入口處與內(nèi)環(huán)相接的根部。

圖8 泵輪在各工況下的等效應(yīng)力(MPa)

(2)在泵輪轉(zhuǎn)速不變的條件下,隨著速比的增大,泵輪的最大變形和最大等效應(yīng)力均逐漸減小,可見(jiàn),液力變矩器在工作時(shí),啟動(dòng)載荷最大。

(3)由葉片最大變形量可以看出,在工作過(guò)程中葉片變形量極小,在分析過(guò)程中忽略葉片變形對(duì)流場(chǎng)的影響而采用單向流固耦合的分析方法是完全可行的。

(4)與以往的等效平均值壓力載荷假設(shè)相比,對(duì)于曲面形狀復(fù)雜的液力變矩器葉片,流固耦合能較為真實(shí)地反映葉片的應(yīng)力分布和變形情況,為進(jìn)一步提高液力變矩器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和性能分析提供了有效途徑,該分析流程亦可作為解決此類問(wèn)題的一般方法。

圖9 各工況下葉片的最大變形量曲線

圖10 各工況下葉片的最大 等效應(yīng)力曲線

[1] 魏巍,閆清東,朱顏.液力變矩器葉片流固耦合強(qiáng)度分析[J].兵工學(xué)報(bào),2008,29(10):1158-1162.

[2] 閆清東,劉樹(shù)成,姚壽文.大功率液力變矩器葉輪強(qiáng)度分析[J].兵工學(xué)報(bào),2011,32(2):141-146.

[3] 吳光強(qiáng),黃建勛,王立軍.流固耦合作用對(duì)液力變矩器內(nèi)流場(chǎng)和葉片強(qiáng)度的影響[J].汽車工程,2012,34(7):643-646.

[4] 馬文星.液力傳動(dòng)理論與設(shè)計(jì)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[5] 張阿漫,戴紹仕.流固耦合動(dòng)力學(xué)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2011.

猜你喜歡
變矩器液力葉輪
液力回收透平性能改善的研究
1.4317 QT2鋼在高能泵葉輪上的應(yīng)用
液力扭轉(zhuǎn)沖擊器配合液力加壓器的鉆井提速技術(shù)研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
自動(dòng)變速器液壓控制基礎(chǔ)
——變矩器的鎖止控制
應(yīng)用石膏型快速精密鑄造技術(shù)制造葉輪
用于自動(dòng)變速箱的舍弗勒新型變矩器系統(tǒng)
離心泵葉輪切割方法
傳動(dòng)系液力緩速器系統(tǒng)介紹
基于CFD/CSD耦合的葉輪機(jī)葉片失速顫振計(jì)算
變矩器鎖止離合器故障分析(下)