增壓器壓氣機(jī)葉輪有限元靜強(qiáng)度分析

山西中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院　王文禮　張保成

增壓器壓氣機(jī)葉輪有限元靜強(qiáng)度分析

山西中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院王文禮張保成

增壓器壓氣機(jī)葉輪是內(nèi)燃機(jī)的重要零部件之一，對于內(nèi)燃機(jī)的性能有著至關(guān)重要的作用。本文利用有限元分析方法，對某型號車用渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪建立有限元模型，對葉輪在離心載荷作用下的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬，對于增壓器壓氣機(jī)葉輪的設(shè)計及優(yōu)化有著重要的指導(dǎo)意義。

內(nèi)燃機(jī)；壓氣機(jī)；葉輪；靜強(qiáng)度

1壓氣機(jī)葉輪三維及有限元模型

將三維模型導(dǎo)入有限元前處理軟件ANSA中，選擇Solid 92二次單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立了計算所用的壓氣機(jī)葉輪周期對稱有限元計算模型，節(jié)點數(shù)425925個，實體單元數(shù)目342243個。壓氣機(jī)葉輪周期對稱網(wǎng)格模型如圖1所示：

圖1　壓氣機(jī)葉輪周期對稱網(wǎng)格模型

2壓氣機(jī)葉輪計算結(jié)果分析

（1）凸臺高度對葉輪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響

對于該型號增壓器壓氣機(jī)葉輪，為了分析輪背上凸臺高度對整個壓氣機(jī)輪的強(qiáng)度影響，保證凸臺其它參數(shù)不變的情況下，改變凸臺的高度，看其強(qiáng)度變化規(guī)律，并分析其是否滿足強(qiáng)度要求，具體模型尺寸如下：

①凸臺高度為0（h=0mm）；

②凸臺高度將為原模型的一半（h=1. 135mm）；

③凸臺高度不變，即原模型（h=2. 27mm）。

計算結(jié)果如圖2、圖3所示：

圖2　最大應(yīng)力分布曲線圖

圖3　最大變形量曲線圖

由von Mises等效應(yīng)力變化曲線圖可以得出，當(dāng)凸臺高度降低到原高度的1/2時，von Mises等效應(yīng)力增大了約4.87%；當(dāng)將整個凸臺去掉后，von Mises等效應(yīng)力增大了約21.30%，此時葉輪已不能滿足強(qiáng)度要求。由此可以得到如下結(jié)論：該葉輪的凸臺設(shè)計較合理，而且隨著凸臺高度的降低，葉輪受到的von Mises等效應(yīng)力有逐漸增大的趨勢，若將整個凸臺去掉（凸臺高度為0mm）時，von Mises等效應(yīng)力為220.243MPa。因為220.243MPa＞［σ0.2］215MPa，所以該種情況下葉輪不能滿足強(qiáng)度要求。

3結(jié)論

從上面的分析可以看出，隨著凸臺高度的降低，葉輪受到的von Mises等效應(yīng)力有逐漸增大的趨勢，若將整個凸臺去掉（凸臺高度為0mm）時，該種情況下葉輪不能滿足強(qiáng)度要求。

［1］王航，郭然，康順.增壓器壓氣機(jī)級多目標(biāo)氣動優(yōu)化設(shè)計 ［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2010，05：41-46.

［2］張虹，馬朝臣.車用渦輪增壓器壓氣機(jī)葉輪強(qiáng)度計算與分析 ［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2007，01：62-66.

［3］馬朝臣，胡遼平，趙俊生等.壓氣機(jī)葉輪破裂轉(zhuǎn)速數(shù)值分析及試驗研究［C］.第十五屆全國大功率柴油機(jī)學(xué)術(shù)年會論文集.2007：82-85.