离心压缩机叶轮三维有限元强度分析系统Ξ.pdfVIP

第 16 卷　第 3 期 应 用 力 学 学 报 . 16　 . 3 V o l N o 1999 年 9 月 CH INESE JOURNAL OF APPL IED M ECHAN ICS Sep. 1999 离心压缩机叶轮三维有限元强度分析系统 邱　凯　徐自力　王尚锦　张义忠 ( 西安交通大学　西安　710049) 摘　　要 根据离心压缩机叶轮形状的特点, 通过有效的网格自动划分和边界条件的处理, 采用三维有限元方法进行了强度计算与分析, 从而建立了离心叶轮三维有限元强度 分析系统。对于叶轮与主轴之间的过盈配合, 求出配合处由于变形而产生的弹性支撑 力, 以载荷形式施加于配合之处, 由于计算时不加入主轴, 从而减少了计算工作量, 通 过等厚度圆盘应力的计算验证了有限元程序的可靠性, 最后, 对一个实际的三元流叶 轮进行了计算, 通过编制的后处理软件, 对影响叶轮应力状态的各种因素进行了分 析, 计算结果可为三元流叶轮的结构设计提供帮助。 关键词: 离心压缩机; 有限元; 应力 1　引　言 [ 1 ] 对于离心压缩机强度, 目前采用轴对称有限元模型 进行计算, 但对于三元流叶轮来说, 则显得过于简单, 本文正是针对上述要求, 利用三维有限元方法, 提出了一种有效的叶轮叶片 系统网格自动生成技巧和程序。开发了离心压缩机叶轮强度计算分析系统, 并提出 了一种简 化的考虑过盈的方法, 从而为三元流叶轮设计在强度方面提供了理论依据。 2　叶轮强度有限元计算的前处理 离心压缩机的叶轮形状复杂, 且尺寸变化很大, 因此, 采用有限元计算, 前处理工作量很 大, 如果手工进行网格划分, 则不仅繁琐, 容易出错, 甚至不能完成, 本系统针对叶轮的形状特 点, 将离心压缩机叶轮分为若干子块, 包括轮盖、直片、轮盘各子块等, 建立拓扑关系, 即每一子 块与其它子块的相连关系, 如图 1 所示, 其中 、 、、 、 相互连接, 用一模块记录它们之间 A B C D E [ 2 ] 的拓扑关系, 对每一部分采用 映射的方法, 将复杂形状子块映射到正方体形状, 通过对正方 体区域进行剖分来达到剖分复杂子块的目的, 具体实施时, 由于要避免各子块相交部分节点编 来稿 日期: 修回日期: 122 应 用 力 学 学 报 第 16 卷 号重复, 因此采用该方法前, 首先通过各子块之间的拓扑关系, 确 定各子块与其它子块之间的相交部分, 对相交部分, 沿用第一个 包括该边的子块的编号, 而其它部分运用稀、密面的方法, 从而建 立整个网格的总体编号。 如果要对整个叶轮进行计算, 则不但工作量极大, 而且受到 计算设备的限制, 故根据离心压缩机叶轮结构及所受力周期性重 复的特点, 不必计算整个叶轮, 而只是计算其中一个叶道, 因此, 网格剖分也仅仅在一个叶道中进行, 同时, 用一个模块对周期性 对应点加以记录, 再加上记录材料特性等参数的模块, 就完成了 图 1　网格各子块 叶轮的前处理。 3　弹性支撑力的计算