经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

液力耦合器叶片的有限元分析

发布于:2018-08-30 18:20
有限元分析

      随着传统能源的日益枯竭,液力耦合器作为国家大力推广的节能产品,其在刮板输送机上得到了广泛的应用。由于煤矿井下环境特殊,用水作为介质代替传统的矿物油,必将在煤机领域有很广的市场前景。水介质限矩型液力耦合器主要依靠泵轮和涡轮在旋转时带动水旋转,进而传递动力,因此它能够安全可靠的运行主要依赖于泵轮和涡轮结构的合理性,而其结构的合理性主要表现为其抵抗振动和强度的能力。作为液力耦合器传递动力的关键元件,涡轮和泵轮担任着液体动能与机械能转换的重要角色。对涡轮和泵轮的应力状态分析是设计叶轮过程中必不可少的环节,因此叶片的应力计算准确与否对叶轮的有限元分析有十分重要的影响。
      有限元模型包括节点、单元、材料属性、约束和载荷,其中网格划分是比较重要的环节之一,它决定着求解结果的精确性。在有限元程序中,有限元的网格是由程序自动完成的。ANSYSApp对网格的划分有两种:1)自由划分网格(Free Meshing)自由网格划分法对于单元形状无限制,内部节点位置比较随意。其在体上可自动生成四面体网格。因为涡轮和泵轮模型均不规则,故在此选用自由网格划分法。2)映射网格划分(Mapped Meshing)。映射网格划分法生成的单元形状比较规则,它必须包含六面体、五面体或四面体单元,在相对的面和边上所定义的单元划分数必须相等。该方法对于复杂边界模拟能力较自由划分网格差,如果要采用循环对称法计算,则采用六面体单元,必须采用映射分网。由于耦合器涡轮和泵轮叶片的形状均比较简单,因此可以对叶片进行映射网格划分,在有限元分析AppANSYS的前处理模块中,直接读人叶片实体。由于叶片与叶轮内缘相连接处容易发生断裂,因此对叶片进行网格划分时,也用六面体实体单元划分,这样可以保证计算结果的可靠性,选用8节点SOLD45号实体单元对叶片进行网格划分,形成叶片的有限元模型,从List下查看到涡轮叶片模型共有单元8963个,节点37060个;泵轮叶片模型共有单元8963个,节点37060个,划分好网格的叶片模型如图所示。
      1)自由度约束(DOF constraint)—将给定某一面来限制其相对运动。如结构分析中约束被指定位移和对称边界条件。2)表面载荷(Surface Loads)—作用在物体表面的分布载荷,结构分析中为压力。3)力(Force)—为施加于模型节点或关键点的集中载荷。在结构分析中被指定为力和力矩。4)惯性载荷(Inertia loads)—物体惯性引起的载荷。结构分析中为重力加速度、角速度和角加速度等。5)体积载荷(Body loads)—为体载荷或场载荷,结构分析中为温度。6)耦合场载荷(coupled-Fieldloads)—指从一种分析得到的结果用作另一种分析的载荷。载荷可以施加到几何实体模型或者有限元模型上,其优缺点如表所示。对于上述两种加载方式,考虑到叶片模型简单,本研究采用的是将载荷施加在液力耦合器叶片的有限元模型上的方案。载荷主要包括位移约束、叶片表面液体压力、离心力、重力。液力耦合器流道内水流作用在叶片上,形成了耦合器叶片和叶轮内壁的表面载荷,因此,需要确定叶片和叶轮内壁上水的压力的分布情况,根据前面先容的压力分布公式,采用有限元分析App中的函数加载方法,将压力值加载到模型网格划分的节点上实现水流压力的准确加载。
      ANSYS提供了三个求解器用于一般求解,即波前求解器(Frontalsolver)和PCG求解器(PCGsolver)(共扼梯度,或者“Powe求解器”)。稀疏矩阵求解器(Sparsesolver)也可以使用,主要用于非线性问题。波前求解器为ANSYSApp默认的方法,波前求
解器应用的场合为非线性分析或内存受到限制;PCG求解器应用于单场问题中;稀疏矩阵直接求解器在要求稳定性、求解速度和非线性分析时,其迭代速度很慢;预置条件共扼梯度求解器用于实体单元的较复杂模型。由于受计算机内存限制,本次计算时采用波前求解器进行求解,求解结果显示了节点的变化值。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州小鱼儿科技有限企业
                                                                              本文出自杭州小鱼儿科技有限企业www.nataid.com,转载请注明出处和相关链接!

tag标签:
------分隔线----------------------------
------分隔线----------------------------
XML 地图 | Sitemap 地图