基于流固耦合的闭式离心叶轮结构强度分析

分别采用CFX计算出三种工况下叶轮的气动压力分布,利用ANSYS计算出只受离心力载荷作用时的叶轮应力和变形。通过单向耦合得到两种载荷共同作用时的应力、变形结果,最后对叶轮进行了强度校核。结果表明,最大等效应力发生在叶片前缘与轮盖交接处,最大变形发生在叶轮出口处。叶轮的应力主要受离心力载荷的影响,而受气动载荷的影响较小。随着流量增加,最大等效应力和最大变形量随之减小。强度校核表明叶轮满足要求。文中为叶轮的流固耦合的强度计算提供了一种参考,从仿真角度揭示了叶轮的应力分布,为理论分析提供了佐证。     

核主泵高温工况下叶轮结构力学分析

为了验证主泵叶轮在设计工况下的完整性,通过三维软件Pro/E对主泵叶轮进行三维造型,应用计算流体力学软件ANSYS—CFX和Workbench对主泵叶轮进行耦合计算,分析了在轴向力载荷、转矩载荷、离心力载荷、混合载荷以及125%1临ti界同步转速与1.252倍转矩M。载荷工况下叶轮的最大应力强度分布。分析了叶轮应力、应变的分布规律,揭示出转子部件由于变形过大以及强度不足而引发失效事故。计算结果表明,在反应堆一回路额定工况下,在轴向力+离心力载荷工况下,叶轮产生最大应力变形,叶轮叶片最大变形发生在叶片出口尖部,变形量约0.58 nll/l;最大应力位于叶轮体及叶轮外径之间的过渡区,叶片出口区域最大应力值为112.4 MPa。     

半开式离心叶轮气动阻尼的影响规律研究

离心压缩机半开式叶轮的阻尼是影响叶轮振动应力水平的重要因素,主要包括材料阻尼和气动阻尼.其中,气动阻尼的准确计算是叶轮动应力分析的前提.本文通过流固弱耦合方法研究了压缩机运行工况以及叶片振幅对气动阻尼的影响,并对影响规律进行了理论分析.研究结果表明,进口温度一定时,叶片气动阻尼比随进口流量的增大而增大;进口质量流量一定...     

多工况下离心压缩机叶片承载的流固耦合效应分析

针对国内某大型离心压缩机叶轮叶片利用流固耦合技术,通过求解流体和固体的耦合方程,对冬季和设计工况下的叶轮叶片的应力应变分别进行了计算分析。理论分析表明,叶轮叶片的应力主要由离心力引起的拉应力和气动载荷引起的叶片弯应力构成。数值计算表明：对所研究的离心叶轮而言,离心力产生的拉应力是构成叶片应力的主要因素,而气动载荷引起的叶片应力相对较小;但单独进行力学分析其危险工作面的位置会发生变化,计算结果显示应力应变异常区域与实际叶片发生断裂的部位相一致。本文研究结果为实际运行发生事故的原因分析提供一定的依据。     

叶片载荷对半开式离心叶轮气动性能的影响

为提高半开式离心叶轮的气动性能,采用数值模拟及分析方法对三种叶片载荷分布的叶轮在不同叶顶间隙下的流动特征及性能参数影响进行了量化对比,结果表明:载荷分布形式与叶顶间隙值对叶轮气动性能有影响,当载荷前置时,叶轮性能受间隙的影响最小;叶顶间隙引起的泄漏量对叶轮性能影响不明显;叶轮流道中后段的流动性能更易受载荷、叶顶间隙值等因素的影响,导致效率下降。     

叶顶间隙对叶轮内部流动与变形影响的流固耦合分析

为探究对离心空压机叶轮叶顶间隙处的流动特性与运行时叶片发生的耦合变形，基于流固耦合传热理论，建立叶轮内部流体力学与结构力学数值计算模型，综合考虑离心力、气动力和热应力3种载荷，分析不同叶顶间隙下叶顶处的应力和变形分布。仿真结果表明：叶顶间隙会产生入口分离涡和叶顶泄漏流，两者共同干扰主流区的流动，增加流动损失；在离心力、气压载荷和热载荷共同作用下，叶片最大变形发生在叶片叶顶弦长0.3左右处，吸力面比压力面的最大变形量大3.7%，随着叶高的降低，变形量逐渐减小；叶片叶顶前缘部分应力值较小，叶顶处压力面与吸力面的最大应力值不在同一轴向位置，随着间隙值的增大，顶部的应力值整体逐渐降低。通过流场和结构分析，确定最佳间隙，并对叶片进行线型优化，优化后叶片的气动性能与安全性得到显著提高。     

半开式叶轮线性减小叶顶间隙气动性能分析

采用非结构化网格有限体积法和数值方法分析了线性减小叶顶间隙形式对半开式离心叶轮内部流场和气动性能的影响.首先在设计相对间隙下进行了不同流量工况数值分析,然后在设计流量下,分别针对7种从叶轮进口到叶轮出口间隙线性减小的半开式叶轮和7种从叶轮进口到出口等间隙的半开式叶轮进行了数值模拟.与等间隙形式相比.线性减小叶顶间隙形式对半开式离心叶轮的气动性能、泄漏流量、出口绝对气流角和叶轮出口损失的影响呈现出不同的规律.     

基于某航空发动机涡轮叶片的热流固耦合分析

以某航空发动机的整体型涡轮叶片为研究对象,基于数值模拟的方法对涡轮叶片在离心载荷、热载荷及气动载荷作用下的叶片结构强度进行了研究,分别对离心载荷、热载荷+离心载荷、热载荷+离心载荷+气动载荷三种载荷工况下的应力与位移的分布趋势与叶片节点上应力值变化趋势进行了研究。通过有限元结果的对比发现：三种载荷对结构强度的影响顺序由大至小,依次是离心载荷-热载荷-气动载荷,其中离心载荷对应力结果的影响较大,热载荷对位移结果的影响程度较大。通过对三种不同工况下相同叶片上应力值沿叶身节点坐标的变化趋势的对比可以发现：三种工况条件下,应力值沿叶身节点的变化趋势几乎一致。     

离心泵叶轮流固耦合分析

基于流固耦合原理对离心泵叶轮进行结构分析,采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench,基于单向流固耦合技术对离心泵叶轮结构进行了仿真计算,获得了离心泵叶轮在不同工况下的等效应力及变形情况,分析了叶轮最大等效应力和最大总变形随流量的变化情况。结果表明,各工况下叶轮应力分布不均且存在局部应力集中;叶轮变形的总位移随半径的增大不断变大,并在叶轮边缘达到最大值。叶轮最大等效应力随流量的增加不断减小,在0.4倍设计流量工况下最大为10.581MPa;叶轮最大总变形随流量的增加先减小后增大,在设计流量工况下最小为0.0028669mm。计算结果对离心泵叶轮的结构优化设计提供了数值依据。     

基于ANSYS Workbench的离心叶轮的振动特性分析

针对某型离心压缩机的叶轮使用SolidWorks建立模型,并通过ANSYS Workbench软体对其进行单向耦合分析。建立了离心叶轮的三维流场模型,得到了在设计转速下离心叶轮内部流场的应力分布,再将该气动力加载在叶片上,获得了离心力和气动力共同作用在叶片上的应力分布和最大变形量,最后对比分析了离心力和气动力对离心叶轮振动特性的影响。     

重型燃气轮机叶片离心载荷下应力特性的研究

针对重型燃气轮机叶片疲劳寿命研究的需要,通过设计和搭建的全尺寸叶片疲劳试验装置,模拟离心载荷工况下的低周疲劳试验,开展离心载荷下叶片应力分布和疲劳寿命预测的研究。该全尺寸叶片疲劳试验装置能够模拟低周疲劳中的等效离心载荷工况,为叶片试验提供必要的条件和手段。同时,对叶片进行网格划分和有限元仿真计算后,得到叶片Von mises应力分布结果,发现叶身应力最大处位于中部偏下边缘薄壁侧。然后将有限元仿真及应力试验相结合,提出叶片疲劳试验的离心载荷等效方法。在此基础上完成叶片的动应力试验,获得应力时间历程数据,并且给出离心载荷应力谱。结果表明,叶身中部边缘的应力水平最高,动应力谱幅值与频数概率的分布服从6阶麦克劳林拟合函数,用等效离心载荷疲劳寿命进行叶片寿命预测的结果是偏安全的,该结论可作为优化设计和试验研究的参考依据。     

透平膨胀机叶轮耦合应力的强度有限元分析

根据透平膨胀机的工作原理,基于有限元分析理论,对透平膨胀机的主要部件叶轮进行了结构、温差和气动力耦合作用的强度分析,采用三维实体建模的方法,以叶轮的实际工况为输入条件,通过ANSYS有限元分析软件计算得到了离心力、温差应力和气动力共同作用下的叶轮应力应变分布状况,并对叶轮的安全性进行了校核分析。计算结果表明,气动力载荷使得离心力、温差应力作用时产生的应力应变有减小的趋势。所以,同时考虑离心力、温差应力及气动力耦合作用的叶轮应力应变值更符合叶轮的实际情况。     

Effect of blade tip pattern on blade load and vibration characteristics of a twin-stage axial flow fan

Focusing on a twin-stage axial fan, this paper investigates the effect of blade tip pattern on blade load and vibration characteristics. Steady simulations are first conducted to quantify the aerodynamic performance of various blade tip patterns. The finite element modeling analysis is performed to capture blade load and vibration characteristics, and Campbell diagram is introduced to evaluate resonance margin of different blade tip patterns. Results show that for all selected patterns, the first three mode shapes are mainly the bending of blade tip, which results in stress concentration at the blade root, while the last three are the waving in small range. The proposed blade tip patterns not only increase maximum stress and average deformation, but also significantly increase resonance margin near the rated speed. In addition, based on the harmonic response analysis, we find that the stress and amplitude frequency response will be notably altered by blade tip patterns.

     

风电机组变桨距功率简化计算方法

以某风电机组变桨距系统为研究对象,介绍了变桨距所需驱动功率的简化计算方法。在变桨距力矩的计算中,忽略了桨叶绕其纵轴变桨产生的惯性力矩、桨叶重心偏离纵轴产生的力矩和弹性变形引起的力矩,仅考虑了桨叶离心力产生的变桨阻力矩、作用在桨叶上的空气动力变桨阻力矩和运动副摩擦阻力矩。该简化计算方法可以为变桨距驱动部件的选型提供参考。     

多场耦合作用下动涡旋盘的变形和应力研究

利用Pro/E建立了涡旋压缩机动涡旋盘的三维实体模型,基于有限元法分别对动涡旋盘在气体力、温度场和惯性力作用下的应力和变形分布情况进行分析,并对气体力、温度场、惯性力耦合作用下动涡旋盘的变形和应力进行了数值计算。结果表明温度场引起的轴向变形较大,惯性力使涡旋齿尾部的变形增加,多场耦合作用下最大变形发生在涡旋齿头,最大应力发生在涡旋齿头的底部和驱动轴承座孔内。     

风力机叶片气动设计与结构研究

采用Wilson模型优化设计水平轴风力机叶片的气动外形;利用有限元软件对玻璃钢叶片在风力、重力和离心力的耦合作用下的静力学、稳定性和动力学进行仿真分析.通过对叶片额定风况下的静力学和稳定性分析,不仅能获取叶片的应力和应变分布,而且可检验叶片设计的安全性和合理性.通过叶片动力学分析,计算叶片的振动频率,判断能否避免共振,实现正常运行.     

几何参数对离心叶轮强度和气动性能影响的研究

使用有限元计算软件和内部流场计算软件对所设计的几个具有不同几何尺寸的离心压气机叶轮的强度和气动性能进行了计算。结果表明反弯叶片可降低叶轮出口处叶片根部附近的应力,但会造成叶片根部前缘区域应力集中,且反弯叶轮的气动性能和原型叶轮差别不大。前倾叶片能在很大程度上降低叶轮出口处叶片根部应力,前倾角越大出口叶根处应力减小越多;随前倾角增大,叶轮气动性能恶化程度加剧;叶轮的背盘形状对叶轮的应力影响较大,尤其是出口处的背盘厚度对出口处叶片根部区域的应力起主因作用。研究得出叶片几何及背盘形状因素对叶轮应力分布的影响规律,另外还得到了叶片几何形状对气动性能的影响规律,这些工作为叶轮的多学科优化设计提供良好的基础。     

压气机叶片流固耦合的强度和振动研究

为了研究流固耦合场对叶片强度与振动参数的影响,采用流体动力学和有限元方法,对压气机叶片进行了单向流固耦合分析。通过软件之间的接口,实现压力场数据的传递,并对加载气动力后的计算模型进行强度分析和模态分析,得到压气机大小叶片的应力应变云图以及固有频率和相应的模态振型,计算比较了离心力、气动力对应力和固有频率的影响。计算结果表明,流固耦合对叶片的结构强度和模态振型影响较小。通过频率分析,找出了叶片的共振频率,从而为叶片的优化提供依据。     

MULTIOBJECT OPTIMIZATION OF A CENTRIFUGAL IMPELLER USING EVOLUTIONARY ALGORITHMS

Application of the multiobjective evolutionary algorithms to the aerodynamic optimization design of a centrifugal impeller is presented. The aerodynamic performance of a centrifugal impeller is evaluated by using the three-dimensional Navier-Stokes solutions. The typical centrifugal impeller is redesigned for maximization of the pressure rise and blade load and minimization of the rotational total pressure loss at the given flow conditions. The Bezier curves are used to parameterize the three-dimensional impeller blade shape. The present method obtains many reasonable Pareto optimal designs that outperform the original centrifugal impeller. Detailed observation of the certain Pareto optimal design demonstrates the feasibility of the present multiobjective optimization method tool for turbomachinery design.     

某型装甲破障车车体结构强度有限元仿真研究

某型装甲破障车的车体结构在复杂组合载荷作用下,必须同时满足强度和海上浮力储备等技术要求,有限元仿真技术为快速经济地实现这样的设计目标提供了可能。首先建立车体结构的三维实体有限元模型,其中对车体各部件之间复杂的接触条件和部件形状进行简化处理,给出车体结构承受的外挂部件重力、爆破器发射冲击力、发动机离心力和最大输出扭矩等载荷的等效静力学表达,确定车体结构的边界约束条件。仿真计算各种载荷作用下车体结构的变形和应力分布状况,指出车体结构强度和刚度的薄弱部位,分析导致计算的最大应力超过材料屈服强度的原因,提出并仿真验证车体主要承载部件的设计改进方案。