大型离心通风机叶轮的三维应力计算

利用三维有限元方法,对大型风机叶轮进行了强度的计算和分析,针对复杂形状叶片－机翼型叶片的特点,对具有复杂叶片叶轮模型建立的方法进行了探讨,并对分析了整个叶轮的应力分布,在强度方面为叶轮的设计提供理论依据,以达到改进实际叶轮结构的目的。     

镁合金冷却叶轮的动态特性分析

使用ANSYS7．0软件对镁合金冷却叶轮替代铝合金冷却叶轮进行动态特性的有限元分析。计算叶轮在工作转速和极限转速两种情况下的应力分布状况,进行强度校核和疲劳寿命计算;通过振动模态分析,得到叶轮的固有频率和固有振犁等主要模态参数。计算结果表明,用镁合金替代铝合金,不仅可以减轻冷却叶轮的总体重量,还可以提高安全系数,延长零件寿命,改善叶轮的振动性能。     

涡轮增压器叶轮流固耦合模态分析

为了研究流固耦合场对涡轮增压器叶轮模态参数的影响,采用基于湍流模型理论建立了涡轮增压器压气机的流场模型.并进行了流场网格划分和边界条件的加载.通过计算获得了流场内部的流速、压力分布,把流场压力分布加载到叶轮固体表面上,并计算考虑流固耦合场的叶轮模态.计算结果表明,流固耦合场主要影响叶轮结构的模态固有频率,对模态振型的影响较小.     

离心通风机叶轮应力与振动分析

针对离心通风机叶轮实际工作中存在断裂现象,采用了有限元理论对通风机叶轮进行了应力与振动分析。首先将建立的通风机叶轮模型在ANSYS Workbench中进行静力学分析,得到叶轮的应力应变分布情况,根据应力分析结果校核其强度是否满足要求。然后进行振动模态分析,得到叶轮前6阶固有频率和振型;把前6阶固有频率换算为对应的转速并和叶轮的实际转速相比,使叶轮的运转速度远离临界速度,避免叶轮因共振对通风机结构的破坏。     

复合材料离心叶轮应力和振动有限元计算与分析

采用有限元方法,首先对钢制离心叶轮工作时在离心力作用下的应力进行了计算和分析。在此基础上,对复合材料离心叶轮在离心力载荷条件下的最大应力和固有频率进行了计算评估。预测纤维复合材料层压结构极限强度对叶轮安全设计和轻量化设计是至关重要的,失效判定采用Tsai-Wu失效准则,为避免因共振使叶轮设计寿命明显降低,计算了叶轮的固有频率和模态振型以分析其动态特性。结果表明,复合材料碳纤维/环氧树脂可承受叶轮线速度在605m/s运行时的应力,在风机启停工作转速范围内没有共振转速相匹配。本文研究结果为纤维增强复合材料风机叶轮的设计及应用奠定了基础。     

基于SolidWorks的鼓风机叶轮有限元分析

现采用SolidWorks软件对某鼓风机叶轮建立三维模型,并利用SimulationXpress模块直接对叶轮零件进行有限元分析,求出在工作转速下叶轮的应力、变形情况,以及考虑刚化效应对叶轮模态振型的影响,求得叶轮的各阶固有频率和振型,并计算出各阶的临界转速.其分析结果有利于叶轮的结构优化设计与性能改进.     

基于直齿圆柱齿轮的有限元模态分析研究

针对圆柱齿轮的结构特点,应用有限元模态分析理论对其进行了有限元模态分析.本文利用有限元分析软件ANSYS对圆柱齿轮进行有限元建模,采用兰索斯法计算出圆柱齿轮的前五阶固有振动频率和模态振型.然后扩展模态,求出各阶模态的相对应力、相对位移的分布,为圆柱齿轮的改进设计及其动态响应分析提供了参考依据.     

蜗壳式混流泵叶轮部件湿模态流固耦合分析

为了得到蜗壳式混流泵在水介质中的模态分布,以某型号混流泵为研究对象,通过ANSYS对其进行流固耦合分析,得到流体对叶轮的流固耦合作用力,并运用ANSYS WORKBENCH有限元软件和APDL命令流耦合的方法,分析叶轮部件的干模态和湿模态特性;针对叶轮部件是否施加预应力,研究预应力对叶轮部件的固有频率和振型的影响;并考虑叶轮部件材料属性,分析得出金属材料的杨氏模量对叶轮各阶固有频率的影响特征;在分析干湿模态时,分别加厚叶轮前后盖板厚度,计算结果表明:加厚后盖板厚度对提高各阶固有频率最明显。本文为研究混流泵的振动特性、优化结构设计提供了一定依据,为进一步的动力学分析提供了一定参考。     

立式屏蔽泵振动特性分析及叶轮结构优化

由于立式屏蔽泵的叶轮转子振动是影响其可靠性和安全性的关键因素。以某型立式屏蔽泵为研究对象,分析诱发振动的流体激振力主要是叶轮承受的不平衡轴向力,结合离心泵设计理论和工程经验,提出了2种改进方案。采用流固耦合模拟技术,分别进行了泵内流场、叶轮静应力、预应力模态计算,比较分析2种改进方案,结果表明方案A承受不平衡轴向力更小,内流场水力损失更少,更不易产生共振,为同类型泵的减振设计及优化提供一定参考。     

高比转速离心风机叶轮叶/盘厚度匹配研究

以某高比转速离心风机为例,采用有限元法对传统设计方案的叶轮强度进行了校核,结果表明该方案不能满足强度要求。在此基础上对叶轮叶/盘厚度不同配置方案的应力分布和变形进行了计算和分析,结果表明,叶轮叶/盘厚度之间存在最佳匹配方案,使得叶轮整体应力水平最低。本文的研究为改进设计提供了可靠的理论依据。     

基于Kriging近似模型的轨道主冷叶轮多目标遗传优化

为最大限度地减小叶轮质量,通过反求模型和网格密度精度的分析,对叶轮结构进行数值计算,并构造了拉丁超立方试验设计模型和Kriging近似模型,得到叶轮结构的采样空间和高精度的近似模型用来代替数值分析,提出了轨道轴流风机叶轮结构多目标遗传优化方法。采用该方法分析了主要技术参数对叶轮结构受力的灵敏性,并找出了对叶轮结构应力影响最大的参数。叶轮结构通过优化后,质量减小了31.7%,大大节省了材料的成本,最大应力值也由初始方案的21.5MPa变为16.5MPa,有效地提高了叶轮的力学性能。优化后通过滑环引电器和动静态应变测试系统对风机叶轮进行动静态试验,并设计了叶轮旋转机械的工艺工装和试验方案,试验结果与计算结果十分吻合,且动应力相对很小,因此,叶轮具有良好的力学和振动性能,在工程应用中具有较高的价值。     

基于ANSYS的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析

车用涡轮增压器的压气机叶轮常常因为振动而导致破坏,对压气机叶轮进行模态分析是避免叶轮与激振频率发生共振的常用手段,能有效避免因发生共振而导致的叶轮破坏问题。利用AN-SYS软件,采用子结构分析方法对压气机叶轮的中低阶固有频率进行了数值仿真计算,获得了不同转速和不同节径时的频率,并根据计算结果绘制了Campbell图,找出了与压气机叶轮固有频率产生共振的转速,为压气机叶轮的优化设计提供了依据,同时说明采用子结构分析的方法可以较精确地获得整体模型的低阶固有频率解。     

离心叶轮的应力数值分析与结构优化

利用ANSYS软件平台进行离心叶轮应力分析，分别对叶轮进行整体以及无叶片轮盘的分体建模，计算叶轮在转动中叶轮应力分布和叶轮形状的对应关系。通过改变叶轮的结构参数有效降低了叶轮的最大应力，为叶轮的结构设计提供了重要工程参考。     

基于流场计算的螺旋离心泵叶轮静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮结构的振动特性,首先建立螺旋离心泵内部流场三维模型,对设计工况下的螺旋离心泵内流场进行了定常数值模拟,得到了叶片表面的压力载荷分布;建立叶轮有限元模型,以螺旋离心泵全流道三维定常数值模拟计算结果为基础,利用顺序耦合技术进行了有预应力的叶轮静应力分析和模态分析,结果表明:叶轮的最大应力出现在叶片进口的轮毂处,叶轮强度满足设计要求;叶轮最大的形变区域出现在叶片进口的轮缘处;叶轮的变形域随着频率的增加而增大;叶轮的各阶固有频率远大于泵的运行频率,因此在运行过程中不易发生共振现象。     

背掠式离心转子设计中叶片涡分布对其性能影响的研究

基于“全可控涡”的思想,对小型高转速离心式压气机s2流面通流的气动设计计算方法进行了较深入的研究与分析,通过背掠式转子算例,将验算结果同原始数据作对比分析,验证了该方法的有效性;在此基础上,通过给定不同的叶片涡分布,计算分析了叶片涡对叶片相对速度的影响,以及对背掠式转子性能的影响,为通过叶片涡分布来比较好地控制叶片通道内子午面速度分布提供了一种有效的技术途径,可为进一步设计高性能背掠式转子提供参考依据。     

High performance hydraulic design techniques of mixed-flow pump impeller and diffuser

In this paper, we describe a numerical study about the performance improvement of a mixed-flow pump by optimizing the design of the impeller and diffuser using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and design-of-experiments (DOE). The design variables of impeller and diffuser in the vane plane development were defined with a fixed meridional plane. The design variables were defined by the vane plane development, which indicates the blade-angle distributions and length of the impeller and diffuser. The vane plane development was controlled using the blade-angle in a fixed meridional plane. The blade shape of the impeller and diffuser were designed using a traditional method in which the inlet and exit angles are connected smoothly. First, the impeller optimum design was performed with impeller design variables. The diffuser optimum design was performed with diffuser design variables while the optimally designed impeller shape was fixed. The importance of the impeller and diffuser design variables was analyzed using 2^k factorial designs, and the design optimization of the impeller and diffuser design variables was determined using the response surface method (RSM). The objective functions were defined as the total head (Ht) and the total efficiency (?t) at the design flow rate. The optimally designed model was verified using numerical analysis, and the numerical analysis results for both the optimum model and the reference model were compared to determine the reasons for the improved pump performance. A pump performance test was carried out for the optimum model, and its reliability was proved by a comparative analysis of the results of the numerical analysis and an experiment using the optimum model.     

基于ANSYS的离心风机叶轮有限元分析

利用SolidWorks和ANSYS-Workbench两种软件对离心风机叶轮分别进行实体建模和强度分析,有限元分析结果显示此方法比一维计算方法更精确、直观,同时也为叶轮强度计算提供了可靠依据,为进行不同类型叶轮的有限元分析和优化设计提供参考,大大提高了风机设计开发的效率和精度。     

透平机械叶轮叶片三维参数化造型及六面体网格生成方法研究

叶轮是向心透平和离心压缩机中的重要部件,其几何形状比较复杂,采用良好的网格进行有限元分析,以获得精确的强度和振动特性,是其安全性的重要保证.针对叶轮结构特点,采用CAGD (computer aided geometric design) 技术实现叶轮的三维实体参数化造型;然后使用同胚原理和BMSweeping(sweeping via background mesh interpolation)等方法建立叶轮六面体网格生成方法.为了保证有限元分析的精确性,建立叶轮上叶片根部倒角、轮盘气道进口处等特殊结构的网格生成方法.100 kW微型燃气轮机的向心叶轮网格划分表明, 使用上述方法生成的网格质量较高,能很好地满足有限元分析要求.     

非设计工况下斜流泵叶轮进出口环量变化分析

基于RNG k-ε湍流模型对斜流泵内部三维流场进行了数值计算,重点针对非设计工况下的斜流泵叶轮进出口环量分布特征进行了分析。研究结果显示,在设计点附近的叶轮进口环量受叶片进口边影响较大,不同采样线的环量分布具有一定差异,小流量工况下受到叶轮进口回流的影响,不同采样线的环量分布趋于一致。叶轮出口环量分布受采样线位置影响较小,在设计流量点时,叶轮出口呈等环量分布。在小流量工况点,受到叶轮出口回流的影响,叶轮出口外缘处的环量数值显著增大。通过研究还发现,从叶轮出口流道通过轮毂一侧回流进入叶轮的流体微团具有与叶轮旋转方向相反的圆周速度分量,其环量数值甚至低于同工况下的叶轮进口环量值。     

Design optimization of mixed-flow pump impellers with various shaft diameters at the same specific speed

In this study, the hydraulic performance of a mixed-flow pump depending on the impeller hub ratio was analyzed using Computational- fluid-dynamics (CFD). The impeller inlet shape varies according to the hub ratio even at the same specific speed. It is important to ensure an optimum impeller design according to the hub ratio in order for the impeller shape to provide the desired performance at constant specific speed. The design variables of inlet part for meridional plane and vane plane development were defined for optimum impeller design. The objective functions were defined as the total head and total efficiency of the mixed-flow pump impellers. The optimum impeller design was carried out by controlling the design variables of impeller inlet parts by using the Response-surface-method (RSM). The tendency of impeller design variables depending on the hub ratio was identified by analyzing the optimum impeller design. Further, the impeller shape was designed on the basis of the tendency of the design variables depending on the hub ratio. Finally, the performance of an impeller with the designed shape was verified by numerical analysis.