電阻凸焊葉輪應(yīng)力有限元分析及疲勞強(qiáng)度研究.pdf

1、沖壓焊接離心泵是國(guó)外在20世紀(jì)70年代研制的一種新產(chǎn)品,直到20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)才開始研制。該泵具有節(jié)能、環(huán)保、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn),是中小型鑄造離心泵的理想替代產(chǎn)品,符合國(guó)家節(jié)能環(huán)保政策要求。在葉輪的焊接工藝中,由于電阻凸焊具有生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),因此在葉輪的焊接成型中得到廣泛應(yīng)用。隨著電阻凸焊葉輪的更新及大型化發(fā)展,對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及可靠性方面的要求不斷提高。本文利用CAE多物理場(chǎng)協(xié)同仿真平臺(tái)ANSYS Wo

2、rkbench,對(duì)電阻凸焊葉輪進(jìn)行應(yīng)力有限元分析及疲勞強(qiáng)度研究,主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　 1、利用CFX軟件對(duì)LVS3-9型立式多級(jí)泵內(nèi)的流場(chǎng)進(jìn)行求解,根據(jù)流場(chǎng)計(jì)算結(jié)果,預(yù)測(cè)了泵的性能并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。分析了葉輪在流場(chǎng)中的受力情況,結(jié)合葉輪表面的壓力分布特征,得出軸向力對(duì)葉輪應(yīng)力及變形的影響遠(yuǎn)大于徑向力。
　　 2、采用流固耦合技術(shù)將流場(chǎng)計(jì)算得到的葉輪表面流場(chǎng)壓力施加到葉輪結(jié)構(gòu)上,在ANSYS中對(duì)電阻凸焊葉輪進(jìn)

3、行靜應(yīng)力有限元分析,并對(duì)葉輪進(jìn)行破壞性試驗(yàn),校核葉輪結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度。研究表明:計(jì)算葉輪在流場(chǎng)中的應(yīng)力及變形主要由流場(chǎng)壓力載荷引起,離心載荷對(duì)葉輪應(yīng)力及變形的影響較?。浑娮柰购溉~輪存在兩處危險(xiǎn)點(diǎn),最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在后蓋板輪轂處,此處應(yīng)力大于焊點(diǎn)危險(xiǎn)點(diǎn)處應(yīng)力。
　　 3、對(duì)流場(chǎng)和葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)迭代弱耦合求解,分析耦合作用下流場(chǎng)特性及葉輪變形對(duì)流場(chǎng)的影響情況。對(duì)比耦合前、后的流場(chǎng)結(jié)果發(fā)現(xiàn):葉輪變形對(duì)葉輪出口壓力的影響主要表現(xiàn)為數(shù)值的減

4、小,小流量工況下的減小程度大于設(shè)計(jì)流量和大流量工況；考慮耦合作用后,泵出口壓力的平均值均有減小,但減小壓力相對(duì)于各工況下的平均值非常微小,壓力幅值在各工況下均明顯增大,在小流量工況下增大最多,設(shè)計(jì)工況下最??；耦合作用后葉輪內(nèi)的流場(chǎng)相對(duì)速度均有增加,小流量工況下改變最大,隨流量的增大不斷減小。
　　 4、根據(jù)耦合求解結(jié)果對(duì)葉輪進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析,探討不同工況葉輪在瞬態(tài)流場(chǎng)下的動(dòng)應(yīng)力響應(yīng)及變形情況,發(fā)現(xiàn)葉輪的等效應(yīng)力和變形在一個(gè)旋轉(zhuǎn)

5、周期內(nèi)均呈現(xiàn)6次波動(dòng),波動(dòng)次數(shù)和葉片數(shù)相同。
　　 5、利用葉輪材料的S-N最小二乘擬合曲線確定焊接葉輪的疲勞極限,采用Goodman疲勞極限線圖對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核評(píng)估。研究結(jié)果表明兩焊點(diǎn)電阻凸焊葉輪在各工況下均滿足疲勞強(qiáng)度要求,其中葉輪在小流量工況下的應(yīng)力和應(yīng)力幅最大。為提高葉輪的可靠性,應(yīng)盡量避免葉輪在小流量工況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。
　　 本文研究為電阻凸焊葉輪的應(yīng)力及疲勞強(qiáng)度研究提供了理論分析方法,已應(yīng)用于LVS