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CAE結(jié)構(gòu)分析在泵類中的應(yīng)用2報(bào)告內(nèi)容強(qiáng)度、剛度類分析案例1疲勞壽命分析案例2流固耦合分析案例33強(qiáng)度、剛度類分析靜強(qiáng)度問題分析目標(biāo)：

獲得結(jié)構(gòu)在給定工況下的應(yīng)力(應(yīng)變）、及變形；用以判斷結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計(jì)要求。靜強(qiáng)度問題主要分析方法：N-R迭代法靜強(qiáng)度問題主要分析軟件：MSC.Nastran、Abaqus等是否靜力分析材料參數(shù)強(qiáng)度是否滿足要求結(jié)束有限元模型模型修改工作載荷約束條件葉片一般是用優(yōu)質(zhì)碳素鋼加工而成，但由于葉片較薄，在甩離卡槽越遠(yuǎn)的位置，根部受到的支反力就越大，轉(zhuǎn)子會(huì)因根部產(chǎn)生較大的力而發(fā)生斷裂。葉片泵轉(zhuǎn)子上必須開出葉片的卡槽，卡槽根部厚度較小，卡槽部位與轉(zhuǎn)子直接過渡區(qū)存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致卡槽根部往往會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度不夠而斷裂，造成較大的危害。4強(qiáng)度、剛度類分析—轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析5部件名稱密度(Kg/m3)彈性模量(Pa)泊松比轉(zhuǎn)子69001.35e110.27葉片78002.1e110.305Table.1-1MaterialparametersCFD分析可知流體壓力最大達(dá)1MPa，葉片和葉片槽內(nèi)統(tǒng)一施加1MPa的極限壓力，這個(gè)載荷大小屬于極限工況。為了保證結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生剛體位移，假設(shè)在承載瞬間轉(zhuǎn)子外壁面受到固定端約束，即在分析過程中，限制轉(zhuǎn)子外壁面的三個(gè)平動(dòng)自由度。強(qiáng)度、剛度類分析—轉(zhuǎn)子強(qiáng)度分析密封性不可靠的危害：1.雜質(zhì)進(jìn)入，導(dǎo)致潤(rùn)滑油質(zhì)量變壞；2.油泵內(nèi)進(jìn)入空氣，導(dǎo)致泵內(nèi)真空度不足，吸油能力降低；3.油液外溢，導(dǎo)致環(huán)境污染等。6強(qiáng)度、剛度類分析—結(jié)構(gòu)密封性分析7強(qiáng)度、剛度類分析—結(jié)構(gòu)密封性分析部件名稱密度(Kg/m3)彈性模量(Pa)泊松比殼體27300.6898e110.33螺釘78002.07e110.30表材料參數(shù)表Table.Materialparameters1.加載螺栓預(yù)緊力，大小為5570N；2.加載油壓作用力，考慮到機(jī)油泵工作的極限工況，低壓區(qū)加載-0.1Mpa，高壓區(qū)加載0.9Mpa，加載方式如圖所示。8強(qiáng)度、剛度類分析—結(jié)構(gòu)密封性分析泵體變形云圖缸體和缸蓋應(yīng)力分布9強(qiáng)度、剛度類分析—發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

分析目的：對(duì)整體變形和軸孔變形進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)應(yīng)力進(jìn)行評(píng)價(jià)；分析方法：建立包括缸體、框架、軸瓦、曲軸以及連接螺栓的發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座網(wǎng)格模型，通過指定不同的接觸區(qū)域、接觸條件、載荷、約束邊界條件及多點(diǎn)約束，分別建立了螺栓預(yù)緊、軸瓦過盈、曲軸動(dòng)壓力以及熱負(fù)荷四種工況主軸承座強(qiáng)度分析有限元模型。10強(qiáng)度、剛度類分析—發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析軸瓦孔的變形會(huì)影響到最小油膜厚度，因此變形估算很重要。需要特別注意動(dòng)軸瓦載荷工況引起的變形，如圖，在Y向的變形是31.3μm，X向是-13.9μm，而軸承間隙是40μm，變形小于間隙，這樣就可以保證最小油膜厚度。11強(qiáng)度、剛度類分析—發(fā)動(dòng)機(jī)主軸承座結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析缸體和框架之間分界面的壓力分布應(yīng)該估算以發(fā)現(xiàn)在兩零件之間是否有相對(duì)滑動(dòng)，從而調(diào)整螺栓預(yù)緊力。下圖為分界面上的壓力、應(yīng)力分布圖。12疲勞壽命分析疲勞問題分析目標(biāo)：獲得結(jié)構(gòu)在給定工作條件下的壽命分布。疲勞問題主要分析方法：Miner累積損傷法結(jié)合S-N曲線求解壽命分布疲勞問題主要分析軟件：MSC.Nastran，abaqus，Ansys（靜動(dòng)力學(xué)）MSC.Fatigue（疲勞壽命）是否否有限元模型靜(動(dòng))力分析疲勞壽命分析循環(huán)載荷譜材料疲勞參數(shù)模型修改壽命滿足要求結(jié)束疲勞參數(shù)優(yōu)化結(jié)果轉(zhuǎn)換某曲軸形狀復(fù)雜，某些部位的交變應(yīng)力會(huì)達(dá)到很高的數(shù)值，容易產(chǎn)生疲勞破壞。采用了基于有限元的直接動(dòng)態(tài)疲勞仿真方法，建立了包括曲軸、齒輪、連桿等在內(nèi)的復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)模型，完成了全三維動(dòng)力學(xué)分析，并據(jù)此進(jìn)行疲勞壽命和安全系數(shù)的計(jì)算。13疲勞壽命分析—泵用曲軸的疲勞強(qiáng)度校核泵頭內(nèi)部由于采用多腔相貫形式，在過渡位置采用棱角、倒圓角或者倒斜角等不同方案時(shí)，將決定該區(qū)域的應(yīng)力水平。交變應(yīng)力也將對(duì)疲勞壽命也將產(chǎn)生影響。針對(duì)用戶要求，建立泵頭組件計(jì)算模型，首先進(jìn)行一個(gè)工作周期內(nèi)六種不同工況下的結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算，并基于此計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后續(xù)組合工況下的疲勞壽命計(jì)算。14疲勞壽命分析—泵頭組件多工況下疲勞壽命計(jì)算15流固耦合分析流固耦合分析分離解法直接解法單向耦合雙向耦合同步求解順序求解直接耦合法：

直接耦合多用于熱-固耦合分析，熱-流耦合分析，

流固耦合分析中的最常用的直接耦合法為CEL法16流固耦合分析雙向耦合法：雙向流固耦合分析是指數(shù)據(jù)交換是雙向的，也就是既有流體分析結(jié)果傳遞給固體結(jié)構(gòu)分析，又有固體結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果（如位移、速度和加速度）反向傳遞給流體分析。此類分析多用于流體和固體介質(zhì)密度比相差不大或者高速、高壓下，固體變形非常明顯以及其對(duì)流體的流動(dòng)造成顯著影響的情況。常見的分析有擋板在水流中的振動(dòng)分析、血管壁和血液流動(dòng)的耦合分析等。17流固耦合分析單向耦合法：?jiǎn)蜗蛄鞴恬詈戏治鲋格詈辖唤缑嫣幍臄?shù)據(jù)傳遞是單向的，一般是指把CFD分析計(jì)算的結(jié)果（如壓力、溫度）傳遞給固體結(jié)構(gòu)分析，但是沒有固體結(jié)構(gòu)分析結(jié)果傳遞給流體分析的過程。單向耦合的現(xiàn)象和分析非常普遍，比如閥門在不同開度下的應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)變形不大的液體晃動(dòng)分析，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析等。另外，已知運(yùn)動(dòng)軌跡的剛體對(duì)流體的影響分析在某種程度上也可以看作是一種單向耦合分析18流固耦合分析單向耦合法：軟件級(jí)（軟件直接支持）人工級(jí)（編寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口）

19流固耦合分析單向耦合法：軟件級(jí)（軟件直接支持）人工級(jí)（編寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口）

20流固耦合分析某船用油箱在惡劣海況下由于劇烈晃動(dòng)會(huì)造成油箱壁及固定螺栓承受較大載荷。通過CFD晃動(dòng)分析可得到任意時(shí)刻油箱內(nèi)液體對(duì)油箱壁面的壓力載荷；將該壓力載荷作為油箱的邊界條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分