叶轮有限元分析

有限元法分析与建模

课程设计报告

报告题目:基于AＮSＹS Worｋbｅnｃｈ的叶轮结构强度和振动模态分析

学院:机械电子工程学院

指导教师:

学生及学号：

摘要

涡轮增压器是一种高速回转的叶片机械，一旦出现故障,特别是运动部分发生故障，将导致整个增压器在极短时间内损坏．随着涡轮增压器压比及转速的不断提高,增压器转子叶轮部分的结构可靠性分析变得愈为重要。对某型号增压器叶轮系统使用Ｃatia建立简化的模型，并使用AＮSＹS Workbeｎch有限元分析软件对叶轮系统进行静强度分析,得到最大应力与转速的曲线．以及对叶轮预应力振动模态分析，得到叶轮的自振频率和振型。为涡轮增压器叶轮系统的优化设计和动力学分析提供依据。

关键词：涡轮增压器叶轮有限元法静强度分析模态分析

ＡBSTＲACT

Thｅturbocharｇer ｉｓa ｈigh－speedｒoｔａtiｎg blａde mechaniｃ,ｏnce a fａｉｌuｒｅ, ｅspeｃialｌy mｏｖｉnｇparts fａｉlure wｉlｌcausｅtｈｅentirｅtｕrbochargｅr ｄａm ａge iｎa vｅry sｈort ｔｉｍｅ. Wｉth thｅconｔｉｎｕous improｖｅment oｆtｈｅturbochargｅrｐｒesｓure ratio and rotatｉｏｎａl speed，ｔｕｒbｏchargeｒimpｅｌｌer ｒotor stru ｃture reｌｉabilｉty analyｓis becｏｍe ｍore iｍpｏｒｔａnt。Theｕｓe ｏf ａceｒtａin type oｆｔuｒbocｈａrgeｒimｐｅｌleｒsｙsｔｅm by Caｔia establish a ｓimpｌｉfiｅd modｅl, aｎd tｈe usｅｏf fｉniｔe elemeｎt anaｌysiｓsoｆｔwａｒe ANSYＳＷｏrkbencｈanalｙsiｓｔhe impeｌler systeｍｓｔａｔiｃsｔrｅngth , ｇet ａcｏｒrｅｌatｉve cuｒｖｅwitｈmａximum sｔress and sｐeeｄ．Aｎd the ｉmpｅｌler prｅsｔrｅssed Ｍoｄａｌanaｌyｓｉｓ，get theｉmｐeｌler nａtural frequenci ｅs and modｅshapeｓ。Ｐroｖide ｔhe ｂasis for optｉmiｚin ｇｔhe deｓigｎand dyｎamics analysis ｔｕrbｏcharｇer ｉｍpe ｌｌeｒｓystem。

Kｅｙwordｓ:Turbocharger，Ｉmpelｌeｒ，FEM, Ｓｔａtic ｓtrengｔhａｎaｌyｓiｓ，Mｏdａｌａnalysis

目录

第1章引言ﻩ错误!未定义书签。

1。１有限元法及其优越性.................................................错误!未定义书签。

1。2 ANSYS Worｋbench及其优点 ............................错误!未定义书签。

１．3 问题的工程背景.........................................................错误!未定义书签。第２章叶轮强度计算...................................................................错误!未定义书签。

2.1静强度分析ﻩ错误!未定义书签。

2。2静强度分析步骤ﻩ1

2。3 材料特性定义...............................................................错误!未定义书签。

２。４网格划分ﻩ错误!未定义书签。

2.5 载荷和约束施加..............................................................错误!未定义书签。

２。6 计算结果及分析ﻩ错误!未定义书签。

2.6。1 叶轮应力分析....................................................错误!未定义书签。

2。6.２叶轮应变与变形..............................................错误!未定义书签。第3章叶轮振动模态计算ﻩ错误!未定义书签。

３.１叶轮的振动与模态......................................................错误!未定义书签。

3.2带预应力模态分析步骤 (15)

3。3 计算结果与分析...........................................................错误!未定义书签。第4章总结ﻩ错误!未定义书签。

参考文献.........................................................................................错误!未定义书签。

第1章引言

1。1有限元法及其优越性

有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数,近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。

由于有限元法处理问题的特点,使其具有独特的优越性。主要表现在以下几个方面:有限元法能分析形状复杂的结构，能够处理复杂的边界条件,能够保证规定的工程精度,能够处理不同类型的材料［１]。

1。２AＮSYS Workbenｃh及其优点

ＡNSYSＷorkbｅnｃｈ整合AＮSＹＳ各项顶尖产品,简单快速地进行各项分析及前后处理操作．ANSYＳWoｒkbencｈ提供与各种三维软件双向即时互动的强大连结能力及方便迅捷的设计流程，可以协助设计开发者轻易发挥CAＥ对设计流程最大的贡献.ANSYＳＷorkbeｎcｈ与CAD系统的实体及曲面模型具有双向连结，其导入CAＤ几何模型之高度成功率，可大幅降低除错时间且缩短设计与分析。鉴于其优越的处理能力,本文选择其作为处理问题的工具。

ANSＹS Woｒkbenｃｈ具有强大的装配体自动分析功能，自动化网格划分功能，协同的多物理场分析环境及行业化定制功能,快捷的优化工具DesignXplorer 等[2]。

1.３问题的工程背景

涡轮增压器压气机是一种高速回转的叶片机械，一旦出现故障,特别是运动部分发生故障，将导致整个增压器在极短时间内损坏[3］。随着涡轮增压器压比及转速的不断提高，增压器转子叶轮部分的结构可靠性分析变得愈为重要。车用涡轮增压器的工作转速一般为100０00r/miｎ,最高达近260000r/mｉｎ。叶轮的高速旋转造成应力过大导致低周疲劳、一次性强度破坏以及叶轮振动引起的损坏是增压器叶轮损坏的主要原因。本文运用大型通用有限元分析软件ANSYS