现实载荷作用形式千变万化,将它转化为在ANSYS程序中容易表示的有限元分析的载荷形式也是极其重要的。文中转筒组件所受的应力载荷主要包括来自叶轮自身转动所产生的惯性力和工作时流体对它的反作用力。所以,分空转和工作时两种情况进行有限元强度分析。图为在mechanical模块下建立好的模型导入到ANSYS软件下的模型图,并且施加了方向的转速。
此种工况下,就是叶轮在空转时,只考虑叶轮自身的离心运动所产生的惯性力作用对其进行有限元的强度分析。由于之前将叶轮模型导入ANSYS软件后,在约束条件下已经在:方向施加了转速为153rad/s的角速度,故可以直接进入后处理阶段进行计算分析,得到叶轮空转情况下的受力分析如图。
由图可以看出,叶轮在空转这种情况下的应力分布情况,最大应力出现在叶轮轮毂与轮体的结合部位和叶片与轮盘结合部位,即叶片的根部,最大应力为212MPa,小于高铬铸铁材料的抗拉许用应力,所以空转时的强度足够,能够保证叶轮的安全运行。图为最大应力处的局部放大特写。
叶轮在工作时会受到流体对它的反作用力,所以可以利用ANSYS软件中的流-固耦合分析的方法对其在工作时的情况进行强度分析。故在软件中相对于空转情况还需做以下假设。
(1)泵体内部叶轮中流体为定常、理想且不可压缩的流体;
(2)忽略流体与轮盘表而沿径向的摩擦作用;
(3)假设叶轮在工作过程中,其材料也就是高铬铸铁的物体参数没有变化。
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