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

基于CFD的轴流式叶片有限元分析

发布于:2019-10-08 19:44
有限元分析

      近年来,水轮发电机组的容量、尺寸及比转速不断提高,对叶片情的刚强度要求也日益提高。轴流式转轮的叶片是悬臂结构,在工作过程中要承受离心力,水压力等的共同作用,以及焊接转轮的应力、加工应力等,其应力状况较复杂,而且,实际工作中转轮的工作环境恶劣,不但要经历启动,停机,还经常在非设计工况下运行。在这些况下,水轮机叶片经常受各种因素造成的稳定的和非稳定的水流激振力及变化的离心力等,由于这些因素的激振作用,使得水轮机叶片产生振动,而长时间的机组振动可能引起结构的疲劳破坏,并且激励源频率与水轮机结构在水中的固有频率接近或相同时可引发共振,在共振条件下极易引起结构的破坏,叶片裂纹问题明显增多。如三门峡和富春江的叶片,都出现了不同程度的叶片裂纹。因此,在工程实际中,对转轮叶片的刚强度有限元分析显得越来越重要,尤其对于分析水轮机叶片裂纹的事故并防止其发生,具有重要作用。   
      目前,工程中在轴流式转轮的刚强度分析中,多采用简化的方法将转轮区域内的水压力等效至叶片表面,以此作为荷载对叶片进行刚强度分析。本文提出了一种基于流动分析的方法对叶片进行刚强度分析。首先对转轮区域内的流体运动进行数值模拟,计算叶片的稳态水压力,得到反映实际情况的叶片表面真实应力分布,将此应力分布加载至刚强度分析的叶片模型表面,然后进行叶片的刚强度分析,这种方法能够真实反映叶片表面的受力状态,因而具有较为重要的工程实用价值。
      水轮机通道内,水流作用在叶片上,从而形成了水轮机叶片的表面载荷,因此需要确定叶片上水压力的分布情况,叶片表面水压力计算是在水轮机转轮内部流场计算基础上进行的,而叶轮机械内部流场是非常复杂的三维紊流流动。本文采用以下基于雷诺时均的N-S方程和k紊流模型,采用有限体积法和非结构化网格,模拟了轴流式转轮内的流动。(1)对于定常不可压粘性流体,(2)计算模型与网格    本文的分析对象为轴流式转轮,根据流动的对称性,取一个叶片周期作为数值模拟的实体模型,将整个流场分为三部分,进口静止部分,转轮转动部分和出口静止部分,分别采用非结构化网格技术,进行网格划分:并在叶片区域采用局部加密技术。动静部分之间采用GGI (General Grid Interfaces)拼接网格技术,这样采用坐标系变化的连接模式固定转动部分,可以保证各部分之间流场变化的交换是直接的,并且不用产生附加误差的插值。
      对于给定荷载的叶片刚强度分析,一种较为有效的方法就是有限元方法。有限元分析就是要确定所剖分的单元的刚度矩阵和质量矩阵,然后利用结构的动力平衡条件和边界条件将各个单元按原来的结构重新联结起来,形成整体的有限元方程。    在进行有限元分析之前,必须建立合理的水轮机叶片三维实体模型。水轮机叶片的几何形状很复杂,是一种空间扭曲型曲面,本文采用三维造型App来建立水轮机叶片三维有限元分析模型,在此过程中实现建模的参数化和自动化。


                                                                                  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