为了得到结构合理、安全性高的叶轮,分别采用传统手工理论计算和有限元数值分析软件计算2种方法,对9-19-10D型通风机叶轮进行应力计算分析,总结出一种选用板壳单元并利用约束方程将叶片和盘的边界节点进行耦合的有限元建模方法,应力计算分析后可以进一步对已有叶轮结构进行优化。结果表明:采用有限元数值分析方法不仅提高了计算精度,而且可以得到直观的应力分布,便于找到产生应力集中的部位进行优化处理,进一步提高强度。 网格划分也更加规整、美观。因轴盘在使用中最大应力很小，安全性比上述三部分高许多，故此处不再建轴盘。表1叶轮几何参数参数数值叶轮进口直径D0(mm)387叶片进口直径D1(平均)(mm)380叶轮出口直径D2(mm)1150叶片进口宽度b1(mm)153叶片入口角度β1A(°)38叶片出口宽度b2(mm)90叶片出口角度d2A(°)54叶片数Z12图19－19－10D型离心式通风机叶轮平面示意图2叶轮三维几何模型示意3叶轮强度的传统理论计算3．离心通风机叶轮-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港电动钢管滚圆机滚弧机1叶片的强度计算叶片受力主要是离心力、气动力等，而其他力相比于离心力小得多，可忽略不计［2］。本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com  本文分析叶轮是焊接结构，且叶片可看作是圆弧窄叶片，于是使用圆弧窄叶片的理论进行校核。叶片进口处取到最大应力［3］辅助计算系数，C轮中心到叶片工作平面的垂直距离，e=D02sinβ1A3．2前盘强度计算忽略气动力的情况下，圆盘旋转时，应力主要来自盘所受离心力产生的切向应力和叶片离心力在圆盘上产生的附加切向叶轮有限元模型4．2施加约束方程建立节点之间的连接划分网格后，因为叶片和前盘、后盘无关联性，施加约束和载荷后力不能传递到所有部位，会导致计算失败，故使用约束方程定义接触区域节点自由度的一致性以连接这些区域。操作方法如下:以其中3个叶片和前盘的连接为例(如图4)，在叶片顶部选中接触线上所有节点，再选中前盘上的接触线附近的区域所有节点，建立约束方程。依此类推，建立叶片和前盘、后盘所有的连接。建立连接后的节点之间会显示连接线，如图4所示。图4约束方程建立的节点连接4．3约束、加载得到求解结果叶轮绕轴线匀速转动，对后盘内圈边线所有自由度进行全约束。因为重力与离心力相比，可以忽略，所以只施加绕Z轴的旋转角速度，大小152rad/s。叶轮是高速旋转的机械结构，所受载荷为速度载荷，这也是和其他机械的载荷不同的地方。经过求解，通过软件的后处理(POST1)查看叶轮的径向位移(见图5)和周向位移云图(见图6)［5］和VonMises等效应力云图(见图7)。因为叶轮是匀速旋转，所以其云图呈现循环对称，这也是判断约束和载荷施加正确与否的标志。图5叶轮径向位移云图图6叶轮周向位移云图图7叶轮VonMises等效应力云图4．4结果分析由位移云图可知:径向最大位移位为0．19mm，周向最大位移为0．13mm，其变形量很小，可以满足要求。由VonMises应力云图可知:前盘最大应力的位置在其与叶片进口和出口交汇处，后盘的最大应力位置在其与叶片出口的交汇处，前盘和后盘的最大应力都为50MPa左右;叶片最大应力105．9MPa，位置在叶片出口。按传统理论计算得到前盘最大应力64MPa，后盘最大应力68MPa，叶片最大应力108MPa。传统的手工理论计算方法的计算公式因作了大量简化，精度不高，而且不直观。采用有限离心通风机叶轮-电动折弯机数控滚圆机滚弧机张家港电动钢管滚圆机滚弧机本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com