基于流固耦合的液力变矩器性能分析及其叶片结构参数优化

发布时间：2017-04-13 11:52

  本文关键词：基于流固耦合的液力变矩器性能分析及其叶片结构参数优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为液力传动车辆的一个关键部件,液力变矩器的主要作用是以传动油为工作介质完成发动机与自动变速箱之间扭矩的转变,其性能直接与车辆性能相关。然而液力变矩器属于多叶轮流体机械,各工作轮叶片表面、内环面以及外环面均为不规则的空间曲面,且各叶轮之间还存在相互干扰,使得其内部真实流动十分复杂。此外,实际工况下,各工作轮叶片不仅受到叶轮旋转产生的离心力的作用,其正背面还会受到内部油液流动所产生的压力载荷的作用。当液力变矩器运转速度较快或载荷增加较明显时,各工作轮叶片在上述两种力的作用下将产生形变,从而使得工作效率降低。为提高车辆液力传动的效率、加强叶片强度、延长使用寿命,论文以有内环三元件液力变矩器为研究对象,对其三维造型、内部流动数值模拟与性能分析、叶片强度分析以及叶片结构参数优化等问题进行了研究,主要完成了如下研究工作:分析了液力变矩器的工作原理,并对其特性参数、特性曲线以及性能评价指标进行了探讨。运用UG完成了变矩器各零部件的三维建模,获得了各叶轮叶片及相应流道的三维模型,确定了流场数值模拟分析的计算区域。并提出了分区网格划分法,有效解决了有限元仿真分析过程中网格单元产生的畸变问题,得到了高质量的网格模型。在适当假设的基础上,探讨了三维流动的计算公式;针对流固耦合分析的一般流程,讨论了其数值计算方法、湍流模型以及速度耦合算法;并利用ANSYS/Fluent流体分析工具分析计算了三个典型工况下,泵轮、涡轮以及导轮的压力和速度分布情况。通过将ANSYS/Fluent计算结果中的压力载荷施加到叶片结构动力学模型中,研究了在流固耦合作用下叶片的变形情况和等效压力分布情况。基于流固耦合分析方法,对泵轮叶片结构参数的优化进行了研究,实例结果验证了参数优化的合理性。
【关键词】：液力变矩器 流固耦合 流场分析 性能分析 网格划分 参数优化
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.332
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 液力变矩器研究进展10-12
• 1.2.2 流固耦合研究进展12-13
• 1.2.3 液力变矩器流固耦合研究进展13-14
• 1.3 本文研究的内容14-16
• 第2章 液力变矩器工作原理与性能分析16-22
• 2.1 液力变矩器的工作原理16-17
• 2.2 液力变矩器的特性参数17-18
• 2.3 液力变矩器的特性曲线18-20
• 2.4 液力变矩器的性能评价参数20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 液力变矩器三维造型22-31
• 3.1 曲面设计的发展概况22-23
• 3.2 NURBS方法23-27
• 3.2.1 NURBS曲线控制点反算方法24
• 3.2.2 NURBS曲面控制点反算方法24-26
• 3.2.3 NURBS曲线、曲面有理基函数26-27
• 3.3 液力变矩器几何实体建模27-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 液力变矩器的流固耦合分析31-50
• 4.1 流固耦合分析流程31-32
• 4.2 流场分析的基本假设32
• 4.3 三维流动数值计算方法的选择32-34
• 4.3.1 有限差分法32-33
• 4.3.2 有限元法33
• 4.3.3 有限体积法33-34
• 4.4 仿真计算模型的网格划分34-38
• 4.4.1 附面层处理34-36
• 4.4.2 三维分区36
• 4.4.3 网格模型36-38
• 4.5 湍流模型的选择38-39
• 4.6 速度耦合算法的选择39-40
• 4.7 边界条件的确定40-42
• 4.7.1 进出.边界条件40-41
• 4.7.2 固体壁面边界条件41
• 4.7.3 周期性边界条件41-42
• 4.8 液力变矩器内流场计算结果42-47
• 4.9 液力变矩器流固耦合分析结果47-48
• 4.10 本章小结48-50
• 第5章 液力变矩器泵轮叶片结构参数优化50-58
• 5.1 叶片结构参数的优化方法简介50
• 5.2 基于正交试验的单目标优化50-53
• 5.2.1 优化变量的选择51
• 5.2.2 优化变量水平的确定51-52
• 5.2.3 以泵轮叶片变形量最小的单目标优化52-53
• 5.3 优化结果分析53-57
• 5.3.1 流场分析结果53-55
• 5.3.2 流固耦合分析结果55-57
• 5.4 本章小结57-58
• 第6章 总结与展望58-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-64
• 附录A 泵轮叶片部分坐标表64-65
• 附录B 涡轮叶片部分坐标表65-66
• 附录C 导轮叶片部分坐标表66-67
• 附录D 外环部分坐标表67-68
• 攻读硕士学位期间所发表的论文68

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