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        液力變矩器的泵輪葉片強度有限元分析

        發布于:2021-12-20 18:37
        有限元分析

               液力變矩器是復雜的多葉輪透平機械,由于流道內外環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雜。對于液力變矩器葉片進行基于流固耦合的強度分析在國內尚處于起步階段。目前,魏巍、閆清東等在基于單向流固耦合的液力變矩器葉片強度分析方面的研究成果頗豐,吳光強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雜曲面的方法,準確分析了葉片的應力分布情況。
               本文有限元分析首先對流道進行定常流動計算,流體力學分析工具采用CFX;在CFX求解后,提取流道葉片處的壓力載荷,通過流固耦合施加到靜力結構分析下的葉片模型的工作面和非工作面上,采用ANSYS/Mechanical對其進行結構分析
               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305mm,泵輪葉片數為22,渦輪葉片數為24,導輪葉片數為20。由于泵輪、渦輪、導輪都按各自轉速轉動,故各葉輪的流道都非常復雜,本文所取流道由液力變矩器內環、外環、葉片工作面和非工作面組成。然后將已建好的模型導出為igs格式,并導入ANSYS進行分析,流固耦合分析流程如圖
               在液力變矩器分析過程中,假設:液力變矩器內部液壓油充滿流道,流道內部流場是穩定的,流體產生的載荷不足以導致葉片產生對流場干擾的變形;內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,同一葉輪內的各個流道的流場特性完全相同。
               本文研究中,根據液力變矩器內部流場流動的對稱性,任取一組泵輪、渦輪和導輪葉片作為研究對象,為了讓單個的流道模型能在計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。



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