【正文】 片吸力面部分以及葉輪后蓋板靠近葉片壓力面部分。 由分布云圖可以看出，在流道流體壓力單獨(dú)作用下，葉輪徑向應(yīng)變分布情況與徑向應(yīng)力分布情況基本一致。 可以看出， 在流道流體壓力單獨(dú)作用下，葉輪的第一主應(yīng)力主要分布在靠近葉輪出口部分的葉片端部以及葉輪前蓋板外緣靠近葉片吸力面的區(qū)域。 由圖中可以看出，在流道流體壓力單獨(dú)作用下，軸向應(yīng)力主要分布在靠近葉輪出口部分的葉片壓力面邊緣以及葉輪外緣處葉片吸力面端部。 從圖中可以看出，最大徑向應(yīng)力 第 3 章 各種載荷單獨(dú)作用下葉輪受力分析 16 周向應(yīng)力主要分布在靠近出口部分葉片與前后蓋板內(nèi)側(cè)交界處。 由圖可知，徑向應(yīng)力主要分布在靠近葉輪出口部分葉片壓力面與前、后蓋板交界處。圖 314 為流道流體壓力加載結(jié)果。 本葉輪模型進(jìn)行分析時(shí)， 選取與離心慣性力單獨(dú)作用時(shí)相同的 SOLID187 號(hào)單元 及單位統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 常用的加載方式為切割模型實(shí)體和在 WORKBENCH 軟件直接導(dǎo)入由 FLUENT 軟件導(dǎo)出的壓力分布結(jié)果 [14]。由圖中位移分布結(jié)果可知，在離心慣性力單獨(dú)作用下，葉輪變形量由葉輪中心向葉 輪外緣逐漸變大，變形主要分布在葉輪前蓋板外緣。 圖 38 軸向應(yīng)變 分布云圖 最大周向應(yīng)變 最大軸向應(yīng)變 第 3 章 各種載荷單獨(dú)作用下葉輪受力分析 13 第一主應(yīng)變 圖 39 為在離心慣性力作用下的葉輪 第一主應(yīng)變 分布云圖。 圖 37 周向應(yīng)變 分布云圖 周向應(yīng)變?cè)谇?、后蓋板的分布情況是不同的， 其中前蓋板內(nèi)側(cè)的周向應(yīng)變分布明顯較后蓋板處相應(yīng)部分大。 圖 36 徑向應(yīng)變 分布云圖 最大第一主應(yīng)力 最大徑向應(yīng)變 第 3 章 各種載荷單獨(dú)作用下葉輪受力分析 12 徑向 應(yīng)變 在前、后蓋板的分布是不同的， 其中后蓋板內(nèi)側(cè)的徑向應(yīng)變分布明顯較前蓋板處相應(yīng)部分大。 圖 35 第一主應(yīng)力 分布云圖 最大 第一主應(yīng)力 點(diǎn)不在 第一主應(yīng)力主要分布 區(qū)域，而在葉輪 入口處 葉片 壓力 面與 前蓋板內(nèi)側(cè)交界部分 ，說明此處為葉輪結(jié)構(gòu)因素引起的在離心慣性力作用下的第一主應(yīng)力集中點(diǎn) 。 第一主應(yīng)力 葉輪材質(zhì)為鑄鋼，強(qiáng)度校核時(shí)考慮第一強(qiáng)度理論，故使用第一主應(yīng)力與材料抗拉極限 σb相比較 ， 得出葉輪應(yīng)力安全性結(jié)果。 由圖可知，軸向應(yīng)力主要集中在靠近葉輪入口部分葉片吸力面與后蓋板內(nèi)側(cè)交界處及靠近葉輪出口部分葉片壓力面與前蓋板內(nèi)側(cè)交界處，且前者較后者明顯。最大周向應(yīng)力為 MPa， 遠(yuǎn)小于葉輪材料的強(qiáng)度極限。最大徑向應(yīng)力為 MPa，遠(yuǎn)小于葉輪材料的強(qiáng)度極限。 利用軟件的通用后處理 (POST1)查看模型的有限元計(jì)算結(jié)果，求解器類型選為 PCG。 在 ANSYS 中沒有規(guī)定單位 [13]，需要用戶自己去定義自己的單位制， 本文中單位統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為 ：長(zhǎng)度 mm；時(shí)間 s；密度 t/mm3；力 N； 彈性模量 MPa；應(yīng)力 Mpa； 角速度rad/s。 圖 21 葉輪葉片木模圖 圖 22 葉輪結(jié)構(gòu)圖 第 2 章 多級(jí)注水泵首級(jí)葉輪三維模型結(jié)構(gòu) 7 利用已有的葉片水力木模圖數(shù)據(jù)，結(jié)合 Pro/E軟件實(shí)現(xiàn)葉片、葉輪及流道的三維實(shí)體造型如圖 23所示。葉輪的主要設(shè)計(jì) 參數(shù) 為： 葉片進(jìn)口直徑 101mm； 出口直徑 308mm； 葉片進(jìn)口角 10176。 Pro/E軟件 還提供了實(shí)體模型和薄壁 模型的有限元網(wǎng)格自動(dòng)生成能力，也就是它自動(dòng)地將實(shí)體模型劃分成有限元素，以便有限元分析用，所有參數(shù)化應(yīng)力和范圍條件可直接在實(shí)體模型上指定，即允許設(shè)計(jì)者定義參數(shù)化載荷和邊界條件，并自動(dòng)生成四邊形或三角形實(shí)體網(wǎng)格。為了獲得性能優(yōu)良的葉型，傳統(tǒng) 的方法是先根據(jù)模型換算法或速度系數(shù)法計(jì)算出流道、葉片截線及木模截線，然后根據(jù)圖紙制成模型，并在試驗(yàn)臺(tái)上反復(fù)試驗(yàn)，最終得出符合要求的葉片形狀。 第 1 章 緒論 5 壓電分析 ： 用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì) AC（交流）、 DC（直流）或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)。并且可以利用后處理功能產(chǎn)生壓力、流率和溫度分布的圖形顯示。 電磁場(chǎng)分析 ： 主要用于電磁場(chǎng)問題的分析，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場(chǎng)分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。當(dāng)運(yùn)動(dòng)的積累影響起主要作用時(shí)，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的 運(yùn)動(dòng)特性 ，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。 ANSYS 可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析類型包括：瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對(duì)結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。 ANSYS 軟件 構(gòu)成 ANSYS 軟件 主要包括三個(gè)部分 [9]：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。這種方法容易漏掉重要的趨向與熱點(diǎn)，而最新的程序則利用圖形顯示來幫助用戶直接觀察運(yùn)算結(jié)果。矩陣 K 的形式取決于求解問題的類 型，本模塊將概述桁架與線彈性體應(yīng)力分析的方法。這些結(jié)點(diǎn)中有的有固定的位移，而其余的有給定的載荷。有限元分析的精確度無法無限提高。在這種方法中一個(gè)物體或系統(tǒng)被分解為由多個(gè)相互聯(lián)結(jié)的、簡(jiǎn)單、獨(dú)立的點(diǎn)組成的幾何模型。結(jié)果表明，各工況流量下， 葉 輪應(yīng)力分布明顯不均，并在局部出現(xiàn)應(yīng)力集中。針對(duì)分析結(jié)果分析得出：相對(duì)于壓力，剪應(yīng)力對(duì)葉輪變形影響微不足道；葉輪結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)工況下結(jié)構(gòu)安全；葉輪最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到1780r/min。 20xx 年，唐立新 [3]等依據(jù) FLUENT 得出的葉輪流道流體壓力分布結(jié)果，在 ANSYS第 1 章 緒論 2 軟件中對(duì)某型汽輪機(jī)主油泵雙吸式葉輪分別在離心慣性力、流道流體壓力分別作用及兩種載荷耦合作用下進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，得出葉輪的應(yīng)力分布及變形結(jié)果。 本文采用有限元分析軟件 ANSYS 對(duì)多級(jí)注水泵葉輪進(jìn)行靜力學(xué)分析，以得到其應(yīng)力及變形結(jié)果，找出應(yīng)力集中點(diǎn)，分析其可靠性，為泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。雙吸式葉輪可同時(shí)從葉輪兩側(cè)對(duì)稱地吸入液體，它不僅具有較大的吸液能力，而且基本上消除了軸向推力。 關(guān)鍵詞 ：多級(jí)注水泵；葉輪；有限元分析 中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè) 論文 Analysis on the Stress in First Stage Impeller of the Multistage Injection Pump Abstract After oilfield devotion development, along with mine time of growth, will constantly consume oil layer energy, the pressure of oil layer will continue to decline, resulting in the deficit of underground. In order to maintain or improve the pressure of oil layer, must be in a timely manner with the injection pump on the oil field to replenish groundwater. As an important ponent of the multistage injection pump, stress and deformation analysis of it will be the reference of it that to improve the pump′s performance and the optimal design of it, also guide the production. In this paper, the finite element analysis is made to the structure of the impeller by ANSYS software, the stress and strain and deformation of the impeller are gained under the load. From the results, we can see that the force and deformation of the impeller within a safe range under any form of load. Keywords: multistage injection pump, impeller, finite element analysis 中國(guó)石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè) 論文 目錄 第 1 章 緒論 ....................................................................................................................... 1 選題背景 ....................................................................................................................... 1 離心泵葉輪結(jié)構(gòu)有限元分析研究進(jìn)展 ...................................................................... 1 有限元分析方法 .......................................................................................................... 2 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介 ......................................................................................................... 3 ANSYS 軟件概述 ............................................................................................... 3 ANSYS 軟件構(gòu)成 ............................................................................................... 3 ANSYS 軟件提供的分析類型 ........................................................................... 4 本文研究?jī)?nèi)容 .............................................................................................................. 5 第 2 章 多級(jí)注水泵首級(jí)葉輪三維模型結(jié)構(gòu) ................................................................... 6 前言 .............................................................................................................................. 6 葉輪主要參數(shù)機(jī)模型的創(chuàng)建 ...................................................................................... 6 第 3 章 各種載荷單獨(dú)作用下葉輪受力分析 ................................................................... 8 前言 .............................................................................................................................. 8 離心慣性力單獨(dú)作用下受力及變形分析 .................................................................. 8 ANSYS 軟件分析過程 ....................................................................................... 8 應(yīng)力結(jié)果分析 .................................................................................................... 9 徑向應(yīng)力 ........................................................