基于流固耦合的液力變矩器的泵輪葉片強度分析

呂 倩，尹明德，王發穩

（南京航空航天大學 機電學院，江蘇 南京 210016）

0 引言

液力變矩器是復雜的多葉輪透平機械，由于流道內外環和葉片表面均是形狀空間扭曲的曲面，加上各葉輪的相互干擾，使得葉片受力情況較為復雜。對于液力變矩器葉片進行基于流固耦合的強度分析在國內尚處于起步階段。目前，魏巍［1］、閆清東［2］等在基于單向流固耦合的液力變矩器葉片強度分析方面的研究成果頗豐，吳光強［3］在基于雙向流固耦合的液力變矩器研究也取得一定成就，且都提出了流固耦合分析復雜曲面的方法，準確分析了葉片的應力分布情況。

本文首先對流道進行定常流動計算，流體力學分析工具采用CFX；在CFX求解后，提取流道葉片處的壓力載荷，通過流固耦合施加到靜力結構分析下的葉片模型的工作面和非工作面上，采用ANSYS／Mechanical對其進行結構分析。

1 基本方程和算法

1.1 流體分析

在液力變矩器流場分析中，假定液壓油為絕熱不可壓的理想流體，故遵循N－S方程組，它包括連續性方程和動量方程。連續性方程為：

寫成分量形式為：

其中：u，v，w分別為速度矢量V的3個分量。

動量方程為：

其中：F為流體質量力；ρ為流體密度；p為壓力；υ＝μ／ρ為運動黏度，μ為動力黏度。

寫成分量形式為：

其中：Fx，Fy，Fz分別為F 的3個分量［4］。

1.2 結構分析

葉輪葉片受到流體載荷的作用，動力學方程為：

其中：M 為質量矩陣；C為阻尼矩陣；K為剛度矩陣；F0為節點載荷矢量，包括壓力、離心力等；r··，r·，r分別為節點的加速度、速度以及位移矢量［5］。……