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基于流固耦合的轴流风机叶轮静动特性和疲劳研究
| 论文题名： | 基于流固耦合的轴流风机叶轮静动特性和疲劳研究 |
| 关键词： | 地铁工程;轴流风机;叶轮;静力学;共振效应;疲劳寿命 |
| 摘要： | 随着地铁建设项目的不断增多，地铁轴流风机的工作性能和安全性已经成为地铁系统研究的重要课题之一。科学技术的发展和实际需求的变化，要求叶轮机械诸多性能不断提高，势必会对运行的安全性提出新的挑战。因此有必要对风机叶轮进行基于流固耦合下的数值模拟计算，在此基础上分析叶轮的运行状态，为结构改进和故障诊断提供一定的参考。 本文以某地铁冷凝轴流风机的叶轮为研究对象，在风机定常计算的结果上，对叶轮进行单向流固耦合下的静力学分析。分析表明:离心力对等效应力大小和分布起主导作用，重力可不计，气动力则有一定的影响，应力最大值出现在定位孔附近及轮毂弯曲处，最大变形出现在叶片的顶部;叶轮最大等效应力和最大变形随着流量的增大而减小，后者对流量的灵敏度大于前者;流固耦合下叶轮x、y方向的最大变形为0.89485mm和0.85707mm，小于叶轮和机壳间隙3.5mm，最大等效应力小于许用应力，因此叶轮结构的强度和刚度都满足要求。 本文在稳态分析的基础上对流场做非定常计算，获取气流脉动频率，并结合叶轮模态计算的结果进行共振分析。结果表明:叶轮以叶片振动为主，在节径线区域叶片的变形量最小，整个轮毂产生的形变都较小;施加载荷后叶轮的固有频率大致增加了18％，固有频率主要受离心力的影响，气动会有一定的影响，重力可以忽略不计;气流脉动力的基频落在第8到第10阶中，叶片顶部附近区域会产生局部共振，但是该区域的等效应力远远低于Al5052的屈服极限，叶轮不会发生共振破坏。 本文采用Sines高周疲劳准则对两种计算方法的叶轮预估疲劳寿命，结果表明:疲劳寿命分析时应考虑气动力的影响，叶轮表面状况对寿命有较大的影响。获取不同定位孔尺寸时叶轮单向流固耦合下的疲劳寿命，结果表明:标准定位孔叶轮的疲劳寿命满足设计要求且定位孔尺寸的增大会提高等效应力幅，减小寿命，而无孔则可显著提高疲劳寿命;定位孔表面的加工质量对疲劳寿命有较大的影响。 |
| 作者： | 杨鹏 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 李红军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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