電阻凸焊葉輪應力有限元分析及疲勞強度研究.pdf

1、沖壓焊接離心泵是國外在20世紀70年代研制的一種新產品,直到20世紀90年代國內才開始研制。該泵具有節(jié)能、環(huán)保、生產率高等優(yōu)點,是中小型鑄造離心泵的理想替代產品,符合國家節(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率高、焊接質量穩(wěn)定、易于實現機械化和自動化等優(yōu)點,因此在葉輪的焊接成型中得到廣泛應用。隨著電阻凸焊葉輪的更新及大型化發(fā)展,對其結構強度及可靠性方面的要求不斷提高。本文利用CAE多物理場協同仿真平臺ANSYS Wo

2、rkbench,對電阻凸焊葉輪進行應力有限元分析及疲勞強度研究,主要研究內容及結論如下:
　　 1、利用CFX軟件對LVS3-9型立式多級泵內的流場進行求解,根據流場計算結果,預測了泵的性能并與試驗結果進行對比。分析了葉輪在流場中的受力情況,結合葉輪表面的壓力分布特征,得出軸向力對葉輪應力及變形的影響遠大于徑向力。
　　 2、采用流固耦合技術將流場計算得到的葉輪表面流場壓力施加到葉輪結構上,在ANSYS中對電阻凸焊葉輪進

3、行靜應力有限元分析,并對葉輪進行破壞性試驗,校核葉輪結構的靜強度。研究表明:計算葉輪在流場中的應力及變形主要由流場壓力載荷引起,離心載荷對葉輪應力及變形的影響較??；電阻凸焊葉輪存在兩處危險點,最大等效應力出現在后蓋板輪轂處,此處應力大于焊點危險點處應力。
　　 3、對流場和葉輪結構進行分區(qū)迭代弱耦合求解,分析耦合作用下流場特性及葉輪變形對流場的影響情況。對比耦合前、后的流場結果發(fā)現:葉輪變形對葉輪出口壓力的影響主要表現為數值的減

4、小,小流量工況下的減小程度大于設計流量和大流量工況；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,設計工況下最??；耦合作用后葉輪內的流場相對速度均有增加,小流量工況下改變最大,隨流量的增大不斷減小。
　　 4、根據耦合求解結果對葉輪進行瞬態(tài)動力學分析,探討不同工況葉輪在瞬態(tài)流場下的動應力響應及變形情況,發(fā)現葉輪的等效應力和變形在一個旋轉

5、周期內均呈現6次波動,波動次數和葉片數相同。
　　 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疲勞極限線圖對葉輪結構進行疲勞強度校核評估。研究結果表明兩焊點電阻凸焊葉輪在各工況下均滿足疲勞強度要求,其中葉輪在小流量工況下的應力和應力幅最大。為提高葉輪的可靠性,應盡量避免葉輪在小流量工況下長時間運行。
　　 本文研究為電阻凸焊葉輪的應力及疲勞強度研究提供了理論分析方法,已應用于LVS