9-19型离心风机叶轮的有限元结构分析与优化设计

发布时间：2017-10-27 12:11

  本文关键词：9-19型离心风机叶轮的有限元结构分析与优化设计

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【摘要】：离心式风机是化工和采矿等行业广泛应用的通用机械。随着我国经济的快速发展及现代化装备的普及,风机运行的安全性成为一个重要问题。目前风机行业的发展趋势是高速、大型化、大功率和低噪声,这些变化肯定会给风机的设计和制造等许多环节带来困难。其中,设计环节中强度校核所面临任务难度加大。叶轮作为离心式通风机结构中受力最复杂,工况最恶劣的结构,其安全可靠是整台风机平稳运行的保证。故很有必要对叶轮进行强度计算和模态分析。首先使用传统理论方法校核叶轮的强度。经过分析计算,得知叶最大应力出现在叶片上,最大应力为108MPa,位置在叶片进口处。制造叶轮的材料为Q235,最大许用应力175MPa。所以传统理论方法计算得到的叶轮的最大应力满足要求。接着使用有限元软件ANSYS进行强度校核分析。根据设计图纸在软件中建立叶轮的三维模型;几何模型采用面建模,划分网格后用耦合方程将各个薄壁结构连接起来。得到叶轮的位移云图和等效应力云图后发现:位移很小,满足要求;最大应力较大,大小为105.9MPa,在叶片出口处;叶片进口处的应力为70MPa左右;有应力集中现象。强度较弱的叶片根部需要加固,选取两种优化方案进行比较。由结果可知,两种方案都能减小应力集中,增加强度。第二种方案最大应力降低33%,叶片进口处的最大应力下降40MPa左右,强度更高,材料使用的少,所以采取第二种方案。有限元法可以找到应力集中的部位,结果形象;相比较理论计算精确度高,优势明显。在结构加强的基础上,使用ANSYS软件对叶轮进行模态分析,得到前六阶固有频率和振型。把各阶固有频率换算成相应的转速并与叶轮的实际转速作对比,可知叶轮不发生共振。本文通过理论计算和有限元两种方法,对离心式通风机叶轮进行强度校核,并利用有限元方法进行模态分析,提高了产品的可靠性,对风机叶轮的强度校核和结构设计有着一定的借鉴意义。
【关键词】：离心通风机叶轮 强度校核 传统理论方法 有限元 结构优化 模态分析
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH432
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景和意义10-11
• 1.2 行业发展概况及研究现状11-14
• 1.2.1 离心式风机发展过程11-12
• 1.2.2 离心通风机未来的发展趋势12-13
• 1.2.3 国内外研究现状13-14
• 1.3 研究内容及实施方案14
• 1.4 本章小结14-16
• 第2章 离心式通风机理论及设计方法16-22
• 2.1 离心式风机的结构16-18
• 2.1.1 离心式风机叶轮类型简介16-18
• 2.2 离心通风机工作原理简介18-19
• 2.3 离心式通风机的设计方法19-20
• 2.3.1 离心式通风机的相似设计19-20
• 2.3.2 离心式通风机的理论设计20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 传统理论方法校核通风机叶轮强度22-34
• 3.1 叶片的强度校核23-26
• 3.1.1 叶片强度理论及公式推导23-26
• 3.1.2 代入数据校核叶片强度26
• 3.2 前后盘的强度校核26-33
• 3.2.1 前后盘强度理论及公式推导26-32
• 3.2.2 代入数据校核前、后盘强度32-33
• 3.3 本章小结33-34
• 第4章 离心式通风机叶轮的有限元静力学分析34-44
• 4.1 有限元分析及有限元软件ANSYS简介34-36
• 4.1.1 有限元法介绍34-35
• 4.1.2 有限元软件ANSYS简介35-36
• 4.2 叶轮的有限元静力学分析36-43
• 4.2.1 定义单元类型、材料属性和截面属性36
• 4.2.2 在ANSYS软件中建立几何模型36-38
• 4.2.3 网格划分38-39
• 4.2.4 用约束方程建立单元之间的连接、施加约束和载荷39-40
• 4.2.5 求解及结果分析40-43
• 4.3 本章小结43-44
• 第5章 基于实际生产工艺的叶轮结构优化和模态分析44-54
• 5.1 两种叶轮结构优化方案和静强度分析44-48
• 5.2 叶轮结构优化后的模态分析48-52
• 5.2.1 叶轮模态分析概述48-49
• 5.2.2 叶轮模态分析49-52
• 5.3 本章小结52-54
• 第6章 结论与展望54-56
• 6.1 文章结论54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士期间已发表的论文60-62
• 致谢62

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本文编号：1103422