基于ANSYSWorkbench的离心泵叶轮强度分析.pdf

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1、第30卷第6期西华大学学报(自然科学版)2011年11月Vol.30，No.6JournalofXihuaUniversity·NaturalScienceNov．2011文章编号:1673-159X(2011)06-0052-04基于ANSYSWorkbench的离心泵叶轮强度分析贾宁宁，杨昌明，张圣，李文全(西华大学机械工程与自动化学院，四川成都610039)摘要:针对某离心叶轮结构的安全性问题，采用有限元分析软件ANSYSWorkbench中的流动分析及静态结构分析模块对叶轮强度进行协同计算分析。首先采用Sol

2、idWorks软件特征建模方法，建立了叶轮及叶轮内流体流动空间的三维模型;接着通过FSI接口，实现了流场与结构场之间的数据传递，进而完成了流体压力分析计算。计算结果表明，该叶轮满足强度要求，流体压力对叶轮结构安全有更为显著的影响。关键词:离心泵;叶轮;强度分析中图分类号:TH311文献标志码:AStrengthAnalysisofCentrifugalImpellerBasedonthePlatformofANSYSWorkbenchJIANing-ning，YANGChang-ming，ZHANGSheng，LIW

3、en-quan(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，XihuaUniversity，Chengdu610039China)Abstract:Forthestructuralsafetyofacentrifugalimpeller，thestrengthoftheimpelleriscollaborativelysimulatedusingCFDandstaticstructureanalysismodulesinANSYSWorkbenchpackage．Threed

4、imensionalmodelsofimpellerandflowdomainarecreatedbasedonfeaturemodelingmethodofSolidWorks．DatatransferbetweenflowfiledandstructuralfieldisrealizedthroughFSIinterfacetorealizeafluidpressurecalculation．Theresultsshowthattheimpellermeetsthestrengthrequirements，and

5、thefluidpressureontheimpellerhassignificanteffectuponstructuresafety．Keywords:centrifugalpump;impeller;strengthanalysis离心泵具有节能且生产率高的优点，被广泛应析，验证了设计的叶轮满足强度要求，为其结构设计提用。叶轮是离心泵最重要的工作元件之一。叶轮的供了数值依据。叶轮强度分析计算流程如图1所示。性能取决于水力设计，也与结构设计密切相关，其可靠性设计对整个离心泵的安全运行有着重要影响;因此对离心泵叶轮

6、在工作状态下的应力分析及变形进行研究具有重要的应用价值。理论计算、应力应变测试及数值计算是对机械设备的结构力学行为进行分析的3种方法。由于叶轮结构复杂且作高速旋转运动，理论计算和应力测试相对困难，以往主要依靠长期的经验积累进行设［1］计。计算机技术的进步促进了数值计算方法的发展，有限元法(FEM)逐渐成为辅助工程师进行产［2］品设计及分析的重要手段。本文应用有限元分析软件ANSYSWorkbench对离心泵叶轮进行流体流动和结构之间的单向耦合分图1叶轮强度分析计算流程图收稿日期:2011-07-07作者简介:贾宁宁(

7、1986-)，女，硕士研究生，主要研究方向为结构设计与数值分析。通信作者:杨昌明(1979-)，男，教授，博士，主要研究方向为机械设计及理论、CAD/CFD/CAE及数值模拟。E-mail:cmyang@163．com第6期贾宁宁，等:基于ANSYSWorkbench的离心泵叶轮强度分析531三维造型μiμj*［μe(+)］(ρμiμj)pxjxiSolidWorks软件因其性能优异且易用，极大地=－+－xixixj提高了机械设计工程师的设计效率和质量。本文采2εijkkωjμk(2)用Solid

8、Works软件完成叶轮的三维造型和流体流动式中:ρ为流体密度;xi(i=1，2，3)分别代表x，y和z空间的几何模型。坐标;μi和μj分别代表平均相对速度分量u，v，w;按照特征建模的方法，在叶轮主要几何尺寸确*p为折算压力;μe为有效粘性系数，等于分子粘性定的情况下，建立了叶轮三维造型。由于流体分析系数μ和紊动粘性系数μt之和;εijk是张量