大型隔膜泵橡胶隔膜的有限元分析-凌学勤

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1、大型隔膜泵橡胶隔膜的有限元分析———凌学勤张伟·1819·大型隔膜泵橡胶隔膜的有限元分析12凌学勤张伟1．东北大学，沈阳，1100042．中国有色(沈阳)泵业有限公司，沈阳，110141摘要:针对隔膜腔的隔膜工作过程，建立简化的二维轴对称结构隔膜有限元模型，对其进行隐式动力学分析，同时建立三维对称结构的隔膜腔及隔膜整体有限元模型，对其进行流固耦合分析，最后针对两种不同的方法和结果展开对比，以此期望得出模拟隔膜运动中应力和位移变化的合理数值模拟方法，以指导隔膜设计。关键词:隔膜泵;隔膜;流固耦合;数值模拟;隐式动力学中图分类号:TB

2、301文章编号:1004—132X(2011)15—1819—04FiniteElementAnalysisofLargeDiaphragmPumpRubberDiaphragmLingXueqinZhangWei1．NortheasternUniversity，Shenyang，1100042．NFCShenyangPumpIndustryCo．，Ltd．，Shenyang，110141Abstract:Inallusiontotheworkprocessforadiaphragmofdiaphragmchamber，asimp

3、lifiedtwo－di-mensionalaxisymmetricfiniteelementmodelofmembranestructurewasestablished，andlaidbaretheimplicitdynamicsanalysis，whileathree－dimensionalsymmetricalstructurewholefiniteelementmodelofthedia-phragmchamberanddiaphragmwasestablishedandlaidbaretheanalysisforflui

4、d－solidcoupling．Atlast，fortwodifferentmethodsandresultsbegancomparisoninordertoelicitareasonablenumericalsimulationmethodwhichwillbeusedtosimulatethechangesonstressanddisplacementofdiaphragmmovement，soastoguidereasonablediaphragmdesign．Keywords:diaphragmpump;diaphragm

5、;fluidandsolidinteraction;numericalsimulation;implicitdy-namics0引言做了二维轴对称结构的有限元分析。大型隔膜泵橡胶隔膜把液压油和输送浆体隔本文针对隔膜腔的隔膜工作过程，建立简化离开来，使输送的浆体无法外漏，同时避免了浆体的二维轴对称结构隔膜有限元模型，对其进行隐中高腐蚀性、高磨砺性的颗粒性介质对泵体造成式动力学分析，同时建立三维对称结构的隔膜腔的损坏。橡胶隔膜使用寿命的长短直接关系到隔及隔膜整体有限元模型，结合隔膜真实工况对其膜泵的性能和工作效率。而隔膜是在封闭的隔膜

6、进行流固耦合瞬态分析。室内往复工作的，这就给实验测试隔膜工作时的1隔膜橡胶材料的基础实验及数据拟合受力及变形状况带来了很大的麻烦。因此有必要采用有限元分析的方法对隔膜的工作过程进行数橡胶材料不同于金属材料仅需要几个参数描值模拟，研究隔膜工作时的受力及变形情况以指述其材料特性，橡胶的行为复杂，材料本构关系是导隔膜的设计。目前，不考虑流体对隔膜作用的非线性的，简单依赖单向拉伸性能实验并不能完单纯隔膜结构件的有限元分析已有不少研究成全描述材料包括压缩及剪切在内的所有力学行果，但对于考虑隔膜真实工作时候两侧流体影响为，为使隔膜的有限元分析

7、和结构模拟接近工程的数值模拟研究却鲜有报道。文献［1］将隔膜简实际，必须对橡胶材料进行包括拉伸、压缩、剪切化为壳单元，同时施加位移载荷作为隔膜运动的及体积实验等在内的全部基础实验。图1、图2边界条件。文献［2］将隔膜简化为圆盘形状来进所示是本文研究工作中所用到的一组橡胶材料数行分析研究，这和隔膜实际形状出入太大。文献据，该实验在美国AXEL实验室完成，实验橡胶试［3］对隔膜头部密封结构的密封性能进行了静态件的配方采用中国有色(沈阳)泵业有限公司生有限元分析，得出了一些结论，然而实际隔膜工作产隔膜产品的配方。是动态的过程。文献［4］

8、对真实几何模型的隔膜［5］:橡胶力学性能的描述方法主要分为两类收稿日期:2010—10—11一类是认为橡胶为连续介质的现象学描述;另一·1820·中国机械工程第22卷第15期2011年8月上半月相对误差E取最小值:nthtest2E=∑(1－T/T