亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于氣-固耦合的風(fēng)扇應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        2023-11-20 05:59:14高建紅劉倫倫段良坤王俊然付春雨
        關(guān)鍵詞:結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        高建紅 劉倫倫 段良坤 王俊然 付春雨

        摘要:為解決某裝載機(jī)工作過(guò)程中出現(xiàn)的風(fēng)扇斷裂故障,采用氣-固耦合仿真方法,考慮風(fēng)扇葉片靜壓及風(fēng)扇作業(yè)旋轉(zhuǎn)離心力影響,對(duì)故障風(fēng)扇進(jìn)行應(yīng)力仿真計(jì)算。仿真分析結(jié)果表明,風(fēng)扇斷裂位置應(yīng)力較大是風(fēng)扇斷裂的主要原因。對(duì)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,將輪轂厚度由0.3 mm增加至0.4 mm,并對(duì)優(yōu)化后的風(fēng)扇進(jìn)行仿真和市場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證。仿真分析顯示優(yōu)化后風(fēng)扇輪轂最大應(yīng)力由204.7 MPa下降到141.5 MPa,且市場(chǎng)驗(yàn)證無(wú)故障反饋,有效解決了風(fēng)扇斷裂故障。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)扇;氣固耦合;靜壓;離心力;應(yīng)力;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        中圖分類(lèi)號(hào):TK424.22文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1673-6397(2023)01-0072-04

        引用格式:高建紅,劉倫倫,段良坤,等. 基于氣固耦合的風(fēng)扇應(yīng)力分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置,2023,40(1):72-75.

        GAO Jianhong,LIU Lunlun,DUAN Liangkun,et al.Stress analysis of fan and its structure optimization based on gassolid coupling[J].Internal Combustion Engine & Powerplant, 2023,40(1):72-75.

        0引言

        風(fēng)扇是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)重要組成部件,為散熱器、中冷器、冷凝器等系統(tǒng)提供適量空氣,保證發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、液力緩速器等的散熱需求[1-2]。發(fā)動(dòng)機(jī)通常利用帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇工作,柴油機(jī)型風(fēng)扇最高轉(zhuǎn)速可達(dá)2000~3500 r/min,工作過(guò)程中一旦發(fā)生風(fēng)扇斷裂故障,在較大離心力作用下,極有可能造成散熱器、風(fēng)扇罩等周邊零部件的連帶損壞,嚴(yán)重影響車(chē)輛性能及人員安全,同時(shí)產(chǎn)生高昂的維修費(fèi)用[3-4]。

        某型號(hào)裝載機(jī)市場(chǎng)反饋發(fā)生多起風(fēng)扇斷裂故障,給用戶(hù)造成了較大損失。本文中結(jié)合風(fēng)扇實(shí)際作業(yè)工況,采用氣固耦合方法,通過(guò)FluentAbaqus軟件聯(lián)合仿真[5],對(duì)故障風(fēng)扇進(jìn)行流場(chǎng)分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,識(shí)別風(fēng)扇應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域,提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案,并通過(guò)仿真和市場(chǎng)應(yīng)用驗(yàn)證優(yōu)化風(fēng)扇的可靠性,有效解決了風(fēng)扇斷裂問(wèn)題。

        1風(fēng)扇故障現(xiàn)象

        故障風(fēng)扇為5葉不等距風(fēng)扇,葉片不等距分布可以使風(fēng)扇在通過(guò)頻率處產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象,將基頻對(duì)應(yīng)的聲能量峰值對(duì)稱(chēng)分布在基頻兩側(cè),降低風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)噪聲[6],在工程機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍。風(fēng)扇斷裂位置和斷口情況如圖1所示。由圖1可知:風(fēng)扇從小間距扇葉輪轂根部斷裂,并造成扇葉破損。

        對(duì)故障風(fēng)扇進(jìn)行核查,發(fā)現(xiàn)多起故障斷裂位置接近,故障發(fā)生時(shí)間集中在裝載機(jī)作業(yè)1100~1700 h范圍內(nèi)。在故障風(fēng)扇斷口處機(jī)加工取樣,利用超聲波清洗后進(jìn)行電鏡觀(guān)察和分析,斷口微觀(guān)形貌如圖2所示。由圖2可初步判斷風(fēng)扇扇葉斷裂原因?yàn)閺澢跀嗔选?/p>

        2風(fēng)扇應(yīng)力分析

        2.1受力情況分析

        風(fēng)扇工作時(shí)主要承受離心力載荷、葉片表面靜壓載荷和動(dòng)不平衡引起的載荷[7],其中離心力載荷和葉片表面靜壓載荷起主要作用,在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(一般動(dòng)不平衡不大于30 g·cm)的情況下動(dòng)不平衡載荷對(duì)風(fēng)扇可靠性的影響可忽略不計(jì)。

        2.2有限元分析模型

        風(fēng)扇斷裂位置在輪轂根部,非風(fēng)扇螺栓安裝位置,因此與風(fēng)扇連接的零部件(如風(fēng)扇連接盤(pán)、墊塊等)相關(guān)性較小。進(jìn)行有限元仿真分析時(shí),對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理,只考察風(fēng)扇本體,以風(fēng)扇安裝螺栓孔為固定邊界。風(fēng)扇本體由扇葉和輪轂通過(guò)鉚釘連接在一起,扇葉為非金屬?gòu)?fù)合材料。風(fēng)扇直徑為780 mm,質(zhì)量為6.4 kg。

        氣固耦合分析包括流場(chǎng)分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,分別在Fluent軟件和Abaqus軟件中求解。利用Hypermesh軟件進(jìn)行網(wǎng)格處理,流場(chǎng)分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析對(duì)模型處理和網(wǎng)格劃分要求不同[8]。流場(chǎng)分析不考察接觸零部件連接關(guān)系,扇葉和輪轂接觸位置不能有間隙,需將風(fēng)扇及扇葉網(wǎng)格處理成整體;強(qiáng)度仿真重點(diǎn)考察輪轂根部位置應(yīng)力,需保證輪轂沿厚度方向至少兩層以上網(wǎng)格,在保證網(wǎng)格質(zhì)量前提下,a)流場(chǎng)分析網(wǎng)格b)強(qiáng)度分析網(wǎng)格

        去除扇葉邊緣圓角、特征線(xiàn)等特征[9],風(fēng)扇流體和強(qiáng)度分析網(wǎng)格模型如圖3所示。處理完成后風(fēng)扇模型共生成421 220個(gè)網(wǎng)格,117 145個(gè)節(jié)點(diǎn)。

        風(fēng)扇輪轂材料為Q235,彈性模量為212 GPa,泊松比為0288,密度為7860 t/m3,抗拉強(qiáng)度為390 MPa,屈服強(qiáng)度為235 MPa。

        2.3風(fēng)扇表面靜壓仿真

        2.3.1模型簡(jiǎn)化及參數(shù)設(shè)置

        流場(chǎng)分析目的是提取風(fēng)扇表面靜壓,風(fēng)扇安裝在機(jī)艙冷卻模塊導(dǎo)流罩內(nèi),導(dǎo)流罩截面為圓形,直徑較風(fēng)扇直徑大30 mm,為簡(jiǎn)化模型及考慮流場(chǎng)分析收斂性,將流場(chǎng)仿真模型設(shè)計(jì)為長(zhǎng)筒型結(jié)構(gòu),參考文獻(xiàn)[10]中的D型管道進(jìn)出氣裝置,將流場(chǎng)仿真模型簡(jiǎn)化處理為進(jìn)口、管道、多重參考坐標(biāo)系(multireference frame,MRF)旋轉(zhuǎn)流體區(qū)、風(fēng)扇、出口5部分,如圖4所示。管道直徑設(shè)置與導(dǎo)流罩直徑一致,各部分模型及網(wǎng)格尺寸參數(shù)如表1所示。

        該裝載機(jī)裝配的發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2100 r/min,風(fēng)扇速比為0.91,因此流場(chǎng)分析風(fēng)扇轉(zhuǎn)速設(shè)置為1890 r/min;湍流模型選擇能更好地處理流線(xiàn)彎曲程度的RNG 模型,壓力修正算法采用SIMPLE,湍動(dòng)能和湍流耗散率首先選擇一階迎風(fēng)格式,計(jì)算收斂后調(diào)整為二階迎風(fēng)格式[11],設(shè)置最大迭代次數(shù)為3000次,殘差收斂條件為10-4。

        2.3.2靜壓仿真結(jié)果

        基于風(fēng)扇圖紙性能數(shù)據(jù),在體積流量為5.7 m3/s工況下,風(fēng)扇表面靜壓結(jié)果如圖5所示。在Flunet軟件Solution Data命令窗口,將風(fēng)扇表面靜壓結(jié)果導(dǎo)出ASCII格式數(shù)據(jù)。

        2.4應(yīng)力分析

        在Abaqus軟件中進(jìn)行風(fēng)扇強(qiáng)度分析,包括壓力映射和旋轉(zhuǎn)離心力2個(gè)載荷步,其中旋轉(zhuǎn)離心力載荷步繼承壓力映射載荷步結(jié)果[12]。在壓力映射載荷步,通過(guò)Analytical Field(分析場(chǎng))命令,將Fluent獲取的風(fēng)扇靜壓數(shù)值映射到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析網(wǎng)格上。在旋轉(zhuǎn)離心力載荷步,設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)及旋轉(zhuǎn)角速度后軟件自動(dòng)計(jì)算旋轉(zhuǎn)載荷[13]。該載荷步轉(zhuǎn)速設(shè)置與流場(chǎng)分析保持一致,換算角速度為197.9 rad/s。

        在靜壓和旋轉(zhuǎn)離心力共同作用下,風(fēng)扇輪轂最大應(yīng)力分布云圖如圖6所示。由圖6可知:風(fēng)扇輪轂所受最大應(yīng)力為204.7 MPa,雖低于Q235材料屈服強(qiáng)度限值235 MPa,但安全系數(shù)僅為1.15,低于推薦安全系數(shù)1.5。風(fēng)扇輪轂最大應(yīng)力出現(xiàn)在小間距葉片根部區(qū)域,與故障位置一致。

        3風(fēng)扇輪轂優(yōu)化與驗(yàn)證

        3.1結(jié)構(gòu)優(yōu)化

        根據(jù)風(fēng)扇最大應(yīng)力出現(xiàn)位置及產(chǎn)品加工工藝,確定風(fēng)扇優(yōu)化方案為:將風(fēng)扇輪轂壁厚由3 mm增加至4 mm,風(fēng)扇葉片保持不變。

        3.2優(yōu)化方案可靠性分析

        按2.4節(jié)仿真方法對(duì)優(yōu)化后的風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)度分析,結(jié)果如圖7所示。由圖7可知,優(yōu)化后風(fēng)扇輪轂最大應(yīng)力為141.5 MPa,較原結(jié)構(gòu)下降31%,安全系數(shù)提升至1.66,滿(mǎn)足可靠性要求,最大應(yīng)力出現(xiàn)位置與原結(jié)構(gòu)接近。

        對(duì)優(yōu)化后的風(fēng)扇進(jìn)行約80臺(tái)次裝機(jī)市場(chǎng)驗(yàn)證,實(shí)際運(yùn)行時(shí)間約2500~3000 h,未出現(xiàn)風(fēng)扇斷裂故障,優(yōu)化措施有效。氣固耦合仿真分析準(zhǔn)確高效,可用于車(chē)輛風(fēng)扇設(shè)計(jì)、選型。

        4結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)FluentAbaqus軟件聯(lián)合仿真,對(duì)故障風(fēng)扇進(jìn)行可靠性分析,識(shí)別風(fēng)扇應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域。仿真分析結(jié)果顯示,風(fēng)扇斷裂位置最大應(yīng)力為204.7 MPa,且安全系數(shù)較低,是風(fēng)扇斷裂的主要原因。對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行優(yōu)化,將輪轂厚度由0.3 mm增加至0.4mm。優(yōu)化后風(fēng)扇輪轂最大應(yīng)力下降到141.5 MPa,安全系數(shù)提高到1.66,滿(mǎn)足可靠性要求,且市場(chǎng)無(wú)故障反饋,有效解決了風(fēng)扇斷裂故障。針對(duì)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的氣-固耦合仿真方法準(zhǔn)確高效,對(duì)風(fēng)扇設(shè)計(jì)、選型及配套具有參考作用。

        參考文獻(xiàn):

        [1]傅曉磊,王洪山,朱楊,等.牽引車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的匹配優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置,2019,36(5):5-9.

        [2]程露,陸俊帥,宋曉穎,等.某乘用車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量仿真及優(yōu)化[J].汽車(chē)實(shí)用技術(shù),2022,47(12):34-38.

        [3]周東輝,羅仁宏,王之豐.某商用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙冷卻模塊布局優(yōu)化[J].汽車(chē)安全與節(jié)能學(xué)報(bào),2022,13(2):378-385.

        [4]紀(jì)嘉樹(shù),侯衍華,李振峰,等.工程機(jī)械冷卻風(fēng)扇性能CFD仿真研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程,2022,60(6):36-40.

        [5]王定標(biāo),漢落樂(lè),王光輝,等.基于流-固耦合的離心式壓氣機(jī)葉輪葉片仿真研究[J].熱科學(xué)與技術(shù),2020,19(1):64-71.

        [6]胡肖琬玥.不等距葉片風(fēng)扇的性能計(jì)算及降噪研究[D].廣州:華南理工大學(xué),2018.

        [7]李瑞,張行,王陽(yáng),等.民用發(fā)動(dòng)機(jī)附件風(fēng)扇葉輪疲勞壽命數(shù)值分析[J].民用飛機(jī)設(shè)計(jì)與研究,2020(4):117-124.

        [8]王福山.基于流固耦合的機(jī)車(chē)散熱器風(fēng)扇疲勞性能與模態(tài)分析[D].大連:大連交通大學(xué),2020.

        [9]姚明鏡,唐璇,賈曾浩.基于CAE的車(chē)架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2021,50(12):97-100.

        [10]中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).工業(yè)通風(fēng)機(jī)用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進(jìn)行性能試驗(yàn):GB/T 1236—2017[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2017.

        [11]張寒彬,華良斌,華文波,等.發(fā)動(dòng)機(jī)水泵風(fēng)扇系統(tǒng)可靠性仿真方法[J].內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置,2018,35(6):41-46.

        [12]周際鵬,陳清陽(yáng),羅鐵彬.基于ABAQUS的某型發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪葉片靜強(qiáng)度及振動(dòng)特性分析[J].長(zhǎng)沙航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2021,21(6):6-9.

        [13]沈海濤,安子軍.雙激波套筒活齒傳動(dòng)的接觸應(yīng)力分析及其優(yōu)化[J].機(jī)械強(qiáng)度,2021,43(4):874-880.

        [14]周思柱,??藦?qiáng),吳漢川,等.基于Workbench的混砂車(chē)攪拌葉輪疲勞壽命分析[J].石油機(jī)械,2012,40(2):36-38.

        [15]劉俊杰,高建紅,劉倫倫,等.基于Femfat軟件的風(fēng)扇連接盤(pán)結(jié)構(gòu)可靠性分析[J].柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造,2020,26(2):15-17.

        猜你喜歡
        結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        優(yōu)化張家界旅游業(yè)“六要素”結(jié)構(gòu)對(duì)策研究
        精益管理理念下的人才隊(duì)伍結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)證研究
        基于溫升試驗(yàn)的10kV開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
        改進(jìn)的多目標(biāo)快速群搜索算法的應(yīng)用
        某不銹鋼車(chē)水箱安裝框架強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        景觀(guān)美感視野下旅游目的地空間分形與結(jié)構(gòu)優(yōu)化芻議
        基于Hyperworks Inspire的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)
        科技視界(2016年18期)2016-11-03 20:33:59
        淺析人力資源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的策略
        中韓貿(mào)易結(jié)構(gòu)優(yōu)化策略探析
        醫(yī)療保險(xiǎn)制度的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效應(yīng)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化探究
        久久无码中文字幕东京热| 国产国语亲子伦亲子| 久热re这里精品视频在线6| 无码免费一区二区三区| 亚洲暴爽av天天爽日日碰| 亚洲欧洲精品成人久久曰不卡| 亚洲日韩成人无码不卡网站| 91麻豆精品激情在线观最新| 蜜桃网站免费在线观看视频| 亚洲午夜无码毛片av久久| 国产免费内射又粗又爽密桃视频| 丰满人妻在公车被猛烈进入电影| 欧美性福利| 国产欧美日本亚洲精品一5区| 亚洲国产天堂av成人在线播放| 九九久久精品国产免费av| 中文字幕亚洲无线码一区女同| 国产真人性做爰久久网站| 无码欧亚熟妇人妻AV在线外遇| 九九99久久精品午夜剧场免费| 国产在线看不卡一区二区| 亚洲av三级黄色在线观看| 大陆国产乱人伦| 中国人妻被两个老外三p| 杨幂AV污网站在线一区二区| 亚洲国产福利成人一区二区| 蜜臀一区二区av天堂| 亚洲一区二区刺激的视频| 成人欧美一区二区三区在线观看 | 中国一级免费毛片| 亚洲成AV人片无码不卡| 免费蜜桃视频在线观看| 免费日本一区二区三区视频| 中文无码熟妇人妻av在线| 少妇人妻在线视频| 亚洲成a人网站在线看| 日韩亚洲精选一区二区三区 | 日本护士吞精囗交gif| 亚洲av无码片在线播放| 亚洲二区三区四区太九| 加勒比日韩视频在线观看|