螺杆马达的流固耦合仿真

螺杆马达的流固耦合仿真

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1、分类号学号M201271497学校代码10487密级硕士学位论文螺杆马达的流固耦合仿真学位申请人:郑道宽学科专业:固体力学指导教师:倪樵教授答辩日期:2015年5月22日ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringFluid-solidCouplingSimulationofPositiveDisplacementMotorCandidate:ZhengDaokuanMajor:Soli

2、dMechanicsSupervisor:Prof.NiQiaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015华中科技大学硕士学位论文摘要螺杆马达是一种液压驱动马达。定排量的流体流经螺杆马达的密封腔,推动转子转动,提供动力。螺杆马达以其输出扭矩大、工况平稳等特性,被广泛地应用于地质勘探、石油钻进、建筑管道施工和国防工程等领域的钻进作业中。由于工作环境的复杂性(如钻进过程中岩层硬度的突然加大、地下高温、泥浆酸碱度的改变等),螺杆马达在工

3、作过程中会产生橡胶衬套应力不均、热变形、大幅振动等诸多问题,导致液体泄露、效率降低,影响螺杆马达产品的工作性能和使用寿命。基于螺杆马达的广泛应用,有必要对其进行深入研究。螺杆马达的工作过程,可视为液压驱动下的接触问题。目前的的研究,几乎都是纯流体或纯固体的数值计算,很少进行流固耦合计算,没能够真正实现螺杆马达的液压驱动仿真。本文应用弹性力学和流体力学知识进行分析,采用一般耦合方式来解决接触密封等问题,进行流固耦合仿真计算;依据螺杆马达线型设计理论,创建多组不同尺寸的四头马达3D模型,实现液压驱动,成功对四头螺杆马达进行了流固

4、耦合仿真分析。模型创建过程中,考虑橡胶衬套的超弹性及其与转子间的摩擦,在限定流体流量的前提下,通过改变反力矩、橡胶厚度等参数,得到不同工况、不同尺寸下,转子自转公转位移及周期、橡胶衬套的应变压强、流体出入口压差等结果。对比结果分析螺杆马达在不同反力矩条件下的最优工况,进一步对比得出橡胶衬套厚度对螺杆马达工作性能的影响规律。综上所述,本文实现了四头螺杆马达的流固耦合仿真分析,有助于缩短产品实验周期,对螺杆马达的设计有一定的指导作用。关键词:流固耦合一般耦合法接触密封液压驱动工作特性I华中科技大学硕士学位论文AbstractPo

5、sitivedisplacementmotor(PDM)isdrivenbyhydraulicpower.Fluidoffixeddisplacement,whichflowingthoughthesealedchamber,rotatestherotortoprovidethepowerofthesystem.AsthestrongoutputtorqueandworkingstabilityofPDM,itiswidelyusedingeologicalexploration,oildrilling,constructi

6、onofpipelinebuildingsandthedefenceengineering.ThecomplexworkenvironmentofPDM(suchasthesuddenincreaseofrockhardness,theundergroundhightemperature,thevariablePHofmud),willleadtosubstantialvibration,thermaldeformation,stressunevenoftherubberbushingandthesealleakage,wh

7、ichwillreduceefficiencyandservicelifeofthePDM.DuetothewideapplicationofPDM,thestudyingisverynecessary.ThePDMoperationcanbeseenasrotationandcollisioninhydraulicdrive.Currently,thenumericalanalysisofPDMfocusedontheCFDorSolidnumericalmethods,rarelyusingthecouplingcalc

8、ulation,whichhaven’trealizedhydraulicdriveSimulation.AnalyzedbyElasticmechanicsandFluidmechanics,takethegeneralcouplingmethodtosolvethecontactsea

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