基于流固耦合的液力变矩器叶片强度分析与寿命计算

发布时间：2017-09-26 11:18

  本文关键词：基于流固耦合的液力变矩器叶片强度分析与寿命计算

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【摘要】：液力变矩器是自动变速系统的核心部件，它可以保证系统平稳起步，变速和变矩载荷的瞬态变化基本不会反映到动力机上。近年来，国内许多高校和研究机构都在对液力变矩器进行三维流场分析，但对于液力变矩器叶片的强度问题和寿命问题研究较少。 液力变矩器以液压油为工作介质，是通过液体动量矩的变化来改变传递转矩的透平机械，其叶片在工作中主要受到在内部循环流动施加的压力和旋转产生的离心力的作用。针对其叶片受力的复杂性，本文采用多物理场协同仿真平台ANSYS Workbench，基于单向流固耦合技术，将液力变矩器的流场分析与强度分析相结合，对液力变矩器叶轮叶片进行强度分析和寿命计算。通过建立三维流体模型和有限元模型，不同工况下，，用流体分析软件CFX对变矩器的流场进行三维流场分析，再通过Workbench的流固耦合平台将流场的压力传递给叶片结构分析，总结出叶片等效应力分布和叶片变形情况。最后，在Workbench中采用专业的疲劳分析模块Fatiguetools对各叶轮叶片进行寿命计算。 本文提出了液力变矩器流固耦合的分析流程和研究方法，对于形状扭曲、设计复杂的液力变矩器叶片，流固耦合分析能较为真实准确地反应液力变矩器叶片表面的应力状态，为优化液力变矩器叶片提供了理论依据。
【关键词】：液力变矩器 流固耦合 流场分析 叶片强度 寿命计算
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.332
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图清单9-12
• 表清单12-13
• 注释表13-15
• 缩略词15-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 选题背景16-17
• 1.2 液力变矩器的工作原理17-18
• 1.3 液力变矩器的研究理论18-19
• 1.4 国内外研究情况19-21
• 1.4.1 国内研究现状19-20
• 1.4.2 国外研究现状20-21
• 1.5 本文研究的目的和内容21-22
• 1.6 本章小结22-23
• 第二章 流固耦合分析的基本理论23-30
• 2.1 流体力学控制方程23-24
• 2.2 结构力学的基本控制方程24-25
• 2.3 流固耦合方程25-26
• 2.4 流固耦合分析分类26-29
• 2.4.1 单向流固耦合27-28
• 2.4.2 双向流固耦合28
• 2.4.3 流固耦合方法的选择28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 数值计算方法介绍30-38
• 3.1 有限差分法30
• 3.2 有限元法30-32
• 3.2.1 有限元法的基本思想30-31
• 3.2.2 有限元法的离散31-32
• 3.2.3 有限元法的基本步骤32
• 3.3 有限体积法32-34
• 3.3.1 有限体积法的基本思想32-33
• 3.3.2 有限体积法的特点33-34
• 3.3.3 离散格式34
• 3.4 软件基础34-37
• 3.4.1 Pro/E34-35
• 3.4.2 ANSYS Workbench35
• 3.4.3 CFX35-36
• 3.4.4 ICEM CFD36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 液力变矩器流场分析38-57
• 4.1 流场数值分析的约定38-39
• 4.2 建立几何模型39-41
• 4.3 流场网格模型的建立41-44
• 4.3.1 网格的划分形式41-42
• 4.3.2 网格划分的原则42
• 4.3.3 网格的生成42-43
• 4.3.4 网格质量控制43-44
• 4.4 流场的数值模拟44-51
• 4.4.1 初始值的确定44-45
• 4.4.2 湍流模型的选择45-48
• 4.4.3 边界条件的设置48-50
• 4.4.4 求解格式的选择50
• 4.4.5 收敛准则的设置50-51
• 4.5 流场数值计算结果分析51-56
• 4.5.1 泵轮流场计算结果分析52-53
• 4.5.2 涡轮流场计算结果分析53-55
• 4.5.3 导轮流场计算结果分析55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 液力变矩器叶片强度分析57-67
• 5.1 初始值的给定57-58
• 5.2 叶片模型网格的划分58
• 5.3 叶片模型边界条件设置58-60
• 5.4 叶片强度分析60-66
• 5.4.1 泵轮叶片强度分析60-62
• 5.4.2 涡轮叶片强度分析62-64
• 5.4.3 导轮叶片强度分析64-66
• 5.4.4 叶片强度分析总结66
• 5.5 本章小结66-67
• 第六章 液力变矩器寿命计算67-80
• 6.1 疲劳寿命分析的基本原理67
• 6.2 疲劳积累损伤理论67-69
• 6.2.1 线性累积损伤理论68
• 6.2.2 非线性累积损伤理论68
• 6.2.3 双线性累积损伤理论68-69
• 6.3 疲劳寿命计算方法69-70
• 6.3.1 名义应力法69-70
• 6.3.2 局部应力-应变法70
• 6.3.3 场强法70
• 6.4 有限元疲劳分析介绍70-71
• 6.5 液力变矩器叶片寿命计算71-74
• 6.5.1 添加材料的 S-N 曲线71-72
• 6.5.2 平均应力的处理方法72-74
• 6.5.3 其他参数的设置74
• 6.6 各叶轮叶片寿命分析74-79
• 6.6.1 泵轮叶片寿命分析74-76
• 6.6.2 涡轮叶片寿命分析76-78
• 6.6.3 导轮叶片寿命分析78-79
• 6.7 本章小结79-80
• 第七章 总结与展望80-82
• 参考文献82-85
• 致谢85-86
• 在校期间的研究成果及发表的学术论文86

【参考文献】

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本文编号：923200