海基在泵类结构分析中的应用-20140612

CAE结构分析在泵类中的应用2报告内容强度、刚度类分析案例1疲劳寿命分析案例2流固耦合分析案例33强度、刚度类分析静强度问题分析目标：

获得结构在给定工况下的应力(应变）、及变形；用以判断结构是否满足设计要求。静强度问题主要分析方法：N-R迭代法静强度问题主要分析软件：MSC.Nastran、Abaqus等是否静力分析材料参数强度是否满足要求结束有限元模型模型修改工作载荷约束条件叶片一般是用优质碳素钢加工而成，但由于叶片较薄，在甩离卡槽越远的位置，根部受到的支反力就越大，转子会因根部产生较大的力而发生断裂。叶片泵转子上必须开出叶片的卡槽，卡槽根部厚度较小，卡槽部位与转子直接过渡区存在应力集中现象，导致卡槽根部往往会因为强度不够而断裂，造成较大的危害。4强度、刚度类分析—转子强度分析5部件名称密度(Kg/m3)弹性模量(Pa)泊松比转子69001.35e110.27叶片78002.1e110.305Table.1-1MaterialparametersCFD分析可知流体压力最大达1MPa，叶片和叶片槽内统一施加1MPa的极限压力，这个载荷大小属于极限工况。为了保证结构不产生刚体位移，假设在承载瞬间转子外壁面受到固定端约束，即在分析过程中，限制转子外壁面的三个平动自由度。强度、刚度类分析—转子强度分析密封性不可靠的危害：1.杂质进入，导致润滑油质量变坏；2.油泵内进入空气，导致泵内真空度不足，吸油能力降低；3.油液外溢，导致环境污染等。6强度、刚度类分析—结构密封性分析7强度、刚度类分析—结构密封性分析部件名称密度(Kg/m3)弹性模量(Pa)泊松比壳体27300.6898e110.33螺钉78002.07e110.30表材料参数表Table.Materialparameters1.加载螺栓预紧力，大小为5570N；2.加载油压作用力，考虑到机油泵工作的极限工况，低压区加载-0.1Mpa，高压区加载0.9Mpa，加载方式如图所示。8强度、刚度类分析—结构密封性分析泵体变形云图缸体和缸盖应力分布9强度、刚度类分析—发动机主轴承座结构强度分析

分析目的：对整体变形和轴孔变形进行评价；对应力进行评价；分析方法：建立包括缸体、框架、轴瓦、曲轴以及连接螺栓的发动机主轴承座网格模型，通过指定不同的接触区域、接触条件、载荷、约束边界条件及多点约束，分别建立了螺栓预紧、轴瓦过盈、曲轴动压力以及热负荷四种工况主轴承座强度分析有限元模型。10强度、刚度类分析—发动机主轴承座结构强度分析轴瓦孔的变形会影响到最小油膜厚度，因此变形估算很重要。需要特别注意动轴瓦载荷工况引起的变形，如图，在Y向的变形是31.3μm，X向是-13.9μm，而轴承间隙是40μm，变形小于间隙，这样就可以保证最小油膜厚度。11强度、刚度类分析—发动机主轴承座结构强度分析缸体和框架之间分界面的压力分布应该估算以发现在两零件之间是否有相对滑动，从而调整螺栓预紧力。下图为分界面上的压力、应力分布图。12疲劳寿命分析疲劳问题分析目标：获得结构在给定工作条件下的寿命分布。疲劳问题主要分析方法：Miner累积损伤法结合S-N曲线求解寿命分布疲劳问题主要分析软件：MSC.Nastran，abaqus，Ansys（静动力学）MSC.Fatigue（疲劳寿命）是否否有限元模型静(动)力分析疲劳寿命分析循环载荷谱材料疲劳参数模型修改寿命满足要求结束疲劳参数优化结果转换某曲轴形状复杂，某些部位的交变应力会达到很高的数值，容易产生疲劳破坏。采用了基于有限元的直接动态疲劳仿真方法，建立了包括曲轴、齿轮、连杆等在内的复杂系统运动模型，完成了全三维动力学分析，并据此进行疲劳寿命和安全系数的计算。13疲劳寿命分析—泵用曲轴的疲劳强度校核泵头内部由于采用多腔相贯形式，在过渡位置采用棱角、倒圆角或者倒斜角等不同方案时，将决定该区域的应力水平。交变应力也将对疲劳寿命也将产生影响。针对用户要求，建立泵头组件计算模型，首先进行一个工作周期内六种不同工况下的结构静力计算，并基于此计算结果进行后续组合工况下的疲劳寿命计算。14疲劳寿命分析—泵头组件多工况下疲劳寿命计算15流固耦合分析流固耦合分析分离解法直接解法单向耦合双向耦合同步求解顺序求解直接耦合法：

直接耦合多用于热-固耦合分析，热-流耦合分析，

流固耦合分析中的最常用的直接耦合法为CEL法16流固耦合分析双向耦合法：双向流固耦合分析是指数据交换是双向的，也就是既有流体分析结果传递给固体结构分析，又有固体结构分析的结果（如位移、速度和加速度）反向传递给流体分析。此类分析多用于流体和固体介质密度比相差不大或者高速、高压下，固体变形非常明显以及其对流体的流动造成显著影响的情况。常见的分析有挡板在水流中的振动分析、血管壁和血液流动的耦合分析等。17流固耦合分析单向耦合法：单向流固耦合分析指耦合交界面处的数据传递是单向的，一般是指把CFD分析计算的结果（如压力、温度）传递给固体结构分析，但是没有固体结构分析结果传递给流体分析的过程。单向耦合的现象和分析非常普遍，比如阀门在不同开度下的应力分析、结构变形不大的液体晃动分析，旋转机械的结构强度分析等。另外，已知运动轨迹的刚体对流体的影响分析在某种程度上也可以看作是一种单向耦合分析18流固耦合分析单向耦合法：软件级（软件直接支持）人工级（编写数据转换接口）

19流固耦合分析单向耦合法：软件级（软件直接支持）人工级（编写数据转换接口）

20流固耦合分析某船用油箱在恶劣海况下由于剧烈晃动会造成油箱壁及固定螺栓承受较大载荷。通过CFD晃动分析可得到任意时刻油箱内液体对油箱壁面的压力载荷；将该压力载荷作为油箱的边界条件进行结构应力分