【正文】 . 22 變形結(jié)果分析 .................................................................................................. 23 圓盤摩擦力單獨(dú)作用下受力及變形分析 ................................................................ 23 ANSYS 軟件分析過程 ..................................................................................... 23 應(yīng)力結(jié)果分析 .................................................................................................. 25 應(yīng)變結(jié)果分析 .................................................................................................. 26 變形結(jié)果分析 .................................................................................................. 26 本章小結(jié) .................................................................................................................... 26 第 4 章 多載 聯(lián) 合作用下葉輪受力分析 ......................................................................... 27 中國石油大學(xué)（華東）本科畢業(yè) 論文 前言 ............................................................................................................................ 27 ANSYS 分析過程 ....................................................................................................... 27 應(yīng)力結(jié)果分析 ............................................................................................................ 27 徑向應(yīng)力 .......................................................................................................... 27 周向應(yīng)力 .......................................................................................................... 28 徑向應(yīng)力 .......................................................................................................... 28 第一主應(yīng)力 ...................................................................................................... 29 應(yīng)變結(jié)果分析 ............................................................................................................ 29 徑向應(yīng)變 .......................................................................................................... 29 周向應(yīng)變 .......................................................................................................... 29 軸向應(yīng)變 .......................................................................................................... 30 第一主應(yīng)變 ...................................................................................................... 30 變形結(jié)果分析 ............................................................................................................ 31 本章小結(jié) .................................................................................................................... 31 第 5 章 結(jié)論和展望 ......................................................................................................... 32 結(jié)論 ............................................................................................................................ 32 展望 ............................................................................................................................ 32 致謝 .......................................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 34 第 1 章 緒論 1 第 1章 緒論 選題背景 油田投入開發(fā)以后，隨著開采時(shí)間的增長，就要不斷地消耗油層本身能量，油層壓力就會不斷下降，造成地下虧空，為了保持或提高油層壓力，必須及時(shí)地用注水泵對油田實(shí)行配產(chǎn)配注，注水泵運(yùn)行是否平穩(wěn)直接影響到是否能保證定時(shí)定量的向地下注水，是否能保證油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，因此為了保證油田穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，必須保證注水泵安全平穩(wěn)的運(yùn)行 [1]。結(jié)果表明， 在 各種載荷 形式下，葉輪的 應(yīng)力 及變形情況均在安全范圍內(nèi)。 針對葉輪工作狀態(tài)下的載荷形式對其進(jìn)行受力及變形分析， 對于提高 多級注水泵 的性能，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)生產(chǎn)具有重要意義。在 FLUENT流體力學(xué)分析中，獲得葉片和輪轂壓力和剪應(yīng)力分布，使用 ABAQUS軟件分析葉輪在流道流體壓力、剪應(yīng)力和離心慣性力共同作用下的應(yīng)力分布及整體變形結(jié)果。 有限元分析方法 有限元分析是使用有限元方法來分析靜態(tài)或動態(tài)的物理物體或物理系統(tǒng)。各單元在一些稱為 “ 結(jié)點(diǎn) ” 的離散點(diǎn)上相互連接。 后處理：分析的早期，用戶需仔細(xì)地研讀程序運(yùn)算后產(chǎn)生的大量數(shù)字，即 列出的模型內(nèi)各離散位置處的位移和應(yīng)力。 ANSYS 軟件 提供的分析類型 結(jié)構(gòu)靜力分析 ： 用來求解外載荷引起的位移、應(yīng)力和力。 動力學(xué)分析 ： ANSYS 程序可以分析大型三維柔體運(yùn)動。分析結(jié)果可以是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的壓力和通過每個(gè)單元的流率。 第 2 章 多級注水泵首級葉輪三維模型結(jié)構(gòu) 6 第 2章 多級注水泵首級葉輪 三維模型結(jié)構(gòu) 前言 葉輪是水泵的關(guān)鍵過流部件，其制造質(zhì)量直接影響到水泵性能的好壞以及機(jī)組的穩(wěn)定性。 葉輪主要參數(shù)機(jī)模型的創(chuàng)建 根據(jù)對葉輪實(shí)物的測繪數(shù)據(jù)，以 AutoCAD 軟件為平臺 ，創(chuàng)建葉輪二維模型 [11]， 得到葉片木模圖 （如圖 21） 及 葉輪結(jié)構(gòu)圖 （ 如圖 22） 。 離心慣性力單獨(dú)作用下受力及變形分析 ANSYS 軟件分析過程 對葉輪 施加離心慣性力進(jìn)行受力及變形分析 ，應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析中的體單元 ，同時(shí)葉輪形狀較復(fù)雜，難以用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行離散化分析，因此選擇與非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相對應(yīng)的SOLID187 號單元 [12]，該單元為 10 節(jié)點(diǎn)四面體單元，具有 2 階精度，適用于空間結(jié)構(gòu)的彈性、塑性、超彈性、蠕變等結(jié)構(gòu)分析。 從圖中可以看出，在離心慣性力單獨(dú)作用下，葉輪的徑向應(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，并由此向葉輪外緣逐漸變小。 軸向應(yīng)力 圖 34 為在離心慣性力作用下的葉輪 軸向 應(yīng)力分布云圖。 第一主應(yīng)力在前、后蓋板的分布是不相同的，其中后蓋板內(nèi)側(cè)的周向應(yīng)力分布明顯較前蓋板相應(yīng)部分大。在離心慣性力單獨(dú)作用下，最大周向應(yīng)變?yōu)?105mm，遠(yuǎn)小于葉輪實(shí)體尺寸，最大周向應(yīng)變處于葉輪入口部分葉片端部與前蓋板內(nèi)側(cè)交界處。 圖 39 第一主應(yīng)變 分布云圖 變形 結(jié)果分析 圖 310 為在離心慣性力作用下的葉輪 位移矢量和分布云圖。顯然，對于葉輪這類復(fù)雜模型后者并不適用。 應(yīng)力結(jié)果分析 徑向應(yīng)力 圖 315 為在流道流體壓力單獨(dú)作用下的葉輪徑向應(yīng)力分布云圖。 軸向應(yīng)力 圖 317 為在流道流體壓力 單獨(dú)作用下的葉輪 周向 應(yīng)力分布云圖。 應(yīng)變 結(jié)果分析 徑向應(yīng)變 圖 319 為在流道流體壓力單獨(dú)作用下的葉輪 徑向應(yīng)變 分布云圖。 由圖中可以看出，軸向應(yīng)變主要發(fā)生在葉片靠近葉輪出口部分。 且前、后蓋板在變形集中區(qū)域的變形結(jié)果相似。 由圖可知，徑向應(yīng)力主要分布在前后蓋板處與葉片交界部分。最大第一主應(yīng)力為，與葉輪材料強(qiáng)度極限相比較小。 由圖中可以看出，第一主應(yīng)力主要分布在前后蓋板與葉片交界處。 圖 331 周向應(yīng)變分布云圖 圓盤摩擦力 單獨(dú)作用下受力及變形分析 ANSYS 軟件分析過程 前 、 后蓋板外側(cè)任意半徑 r 處微小環(huán)形面積 dS=2πrdr所受摩擦阻力為 [18]： ? ? rd rgrf ???? 22d 2? 最大第一主應(yīng)變 最大變形 （ 32） 第 3 章 各種載荷單獨(dú)作用下葉輪受力分析 24 則有： ? ?grdsdf 2 2???? 由于泵內(nèi)流體流速很大，其雷諾數(shù) Re 大于臨界雷諾數(shù)，進(jìn)入阻力平方區(qū)，所以在一定粗糙度 下摩阻系數(shù) λ為常數(shù) [19]。 圖 332 蓋板處圓盤摩擦力 圖 333 圓柱部分圓盤摩擦力 由于在 ANSYS 軟件中，直接選中面施加的載荷為法向載荷，而此處圓盤摩擦力的方向?yàn)檠貓A盤表面切向，因此此處采用表面效應(yīng)單元法對葉輪模型施加圓盤摩擦力。 應(yīng)力結(jié)果分析 因圓盤摩擦力與上述幾種載荷相較較小，且對葉輪影響不大，此處分析在圓盤摩擦力單獨(dú)作用下的第一主應(yīng)力分布情況，應(yīng)力分布結(jié)果如圖 335 所示 。且變形量在葉輪前后蓋板分布 情況相近。 對葉輪實(shí)體模型進(jìn)行 網(wǎng)格劃分，設(shè)置 單元尺寸 為 5，采用自由網(wǎng)格劃分方式，共將模型離散為單元 84831 個(gè)，節(jié)點(diǎn) 151260 個(gè) 。 最大徑向應(yīng)力 第 4 章 多載荷聯(lián)合作用下葉輪受力分析 28 周向 應(yīng)力 圖 42 所示 為在 耦合載荷 作用下的葉輪 周向應(yīng)力 分布云圖。且小于除圓盤摩擦力之外的單一載荷作用時(shí)的 軸向 應(yīng)力值。 圖 45 徑向應(yīng)變分布云圖 周向應(yīng)變 圖 46 所示 為在 耦合載荷 作用下的葉輪 周向應(yīng)變 分布云圖。且在第一主應(yīng)變主要分布區(qū)域，應(yīng)變量由葉輪外緣向中心逐漸增大。 第 5 章 結(jié)論和展