1、液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯液力變矩器流固耦合強度分析及優化v 答辯人：何穎答辯人：何穎v 導師：導師： 熊淵博熊淵博v 專業：工程力學專業：工程力學工程力學專業本科畢業論文答辯工程力學專業本科畢業論文答辯液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯224液力變矩器流固耦合強度分析過程液力變矩器模型建立提取單流道結構模型提取單流道流體模型結構與流體流固耦合計算整體結構應力計算提取單流道結構應力分別施加到各個流道整體結構的模態分析液力變矩器優化液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯3論文結構論文結構液力變矩器的工作原理液力變矩器的工作原理研究的基本理論研究的基本理論液力變矩器單流道流固

2、耦液力變矩器單流道流固耦合分析合分析液力變矩器整體強度和模液力變矩器整體強度和模態分析態分析液力變矩器優化液力變矩器優化液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯4液力變矩器的工作原理液力變矩器的工作原理發動機運轉時帶動液力變矩器的殼體和泵輪一同旋轉，泵輪內的工發動機運轉時帶動液力變矩器的殼體和泵輪一同旋轉，泵輪內的工作油在離心力的作用下，由泵輪葉片外緣沖向渦輪，并沿渦輪葉片作油在離心力的作用下，由泵輪葉片外緣沖向渦輪，并沿渦輪葉片流向導輪，再經導輪葉片流回泵輪葉片內緣，形成循環的工作油。流向導輪，再經導輪葉片流回泵輪葉片內緣，形成循環的工作油。在液體循環流動過程中，導輪給渦輪一個反作用力矩，從

3、而使渦輪在液體循環流動過程中，導輪給渦輪一個反作用力矩，從而使渦輪輸出力矩不同于泵輪輸入力矩，具有輸出力矩不同于泵輪輸入力矩，具有“變矩變矩”功能。功能。導輪的作用：改變渦輪的輸出力矩導輪的作用：改變渦輪的輸出力矩。液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯5液力變矩器整體模型及零件圖泵輪頂盤渦輪導輪泵輪液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯6流固耦合簡述u流固耦合問題是研究流體與固體兩相介質之間的相互作用，固體在運動流體的載荷作用下會產生變形或者運動，而固體的變形或運動又反過來影響流體的運動，進而改變作用于固體表面的載荷，這種液體與固體的相互作用在不同條件下將產生各種各樣的液固耦合現象。u流

4、固耦合的分類：（1）強耦合，流固兩相部分或全部重迭在一起，很難明顯分開，如土壤的滲透問題 （2）弱耦合，耦合作用僅僅發生在兩相相交接口上，即流體與固體的相互作用僅僅發生流體與固體的交界面上。本問題就屬于弱耦合問題，耦合作用僅僅發生在葉片與液壓油想的交界面上。u流固耦合的研究內容：理論研究、計算研究 （CFD技術）、實驗研究、應用研究液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯7液力變矩器單流道流固耦合分析采用CATIA建模軟件建立液力變矩器的整體簡化模型，由于泵輪是固定不動的，主要分析渦輪、泵輪流道內葉片與液壓油的流固耦合現象，渦輪和泵輪的簡化模型相同，因此只對液力變矩器渦輪流道提取進行其結構模型

5、和流體模型，進行計算分析。在ADINA內結構模型（左）和流體模型（右）如下圖：液力變矩器渦輪流道模型：結構模型（左）流體模型（右）液力變矩器渦輪流道模型：結構模型（左）流體模型（右）液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯8對建好的模型進行網格劃分，施加邊界條件以及荷載，得到液力變矩器渦輪單流道的有限元模型，然后分別計算流體和結構的有限元模型，生成流體和結構的數據文件。下圖左為液力變矩器渦輪單流道結構的有限元模型，右為液力變矩器渦輪單流道流體的有限元模型。結構有限元模型流體有限元模型液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯9對上面得到的流體和結構數據文件同時計算得到渦輪單流道內液壓油和葉片的耦

6、合結果，提取一段時間的結構的應力、應變云圖變化以及流體的速度云圖變化，并提取葉片中心位置的節點5411和葉片末端的節點2929的位移在這段時間的變化曲線，如下圖：葉片上節點葉片上節點5411位移變化圖位移變化圖 葉片上節點葉片上節點2929位移變化圖位移變化圖液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯10液力變矩器渦輪單流道提取時間段結構應力云圖變化液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯11液力變矩器渦輪單流道提取時間段結構應變云圖變化液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯12液力變矩器渦輪單流道提取時間段流體應力云圖變化液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯13液力變矩器渦輪單流道提取時

7、間段結構速度云圖變化液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯14液力變矩器渦輪單流道流固耦合計算結果分析u從渦輪的單流道結構在這段時間上的應力云圖可以知，葉片上應力最大的地方位于與渦輪殼體連接的地方和葉片末端，此處應力為4MPa左右。u查看葉片的應變云圖可以知道葉片最脆弱的地方是葉片末端,應變在最大時為3mm/m。u綜合二者可以假設葉片的葉片在工作過程中最容易損壞的地方即為葉片的末端處液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯15液力變矩器整體強度分析u液力變矩器整體強度分析建模使用CATIA軟件建立簡化的綜合式液力變矩器，考慮其對稱性，將液力變矩器切割120度，得到的模型導入ANSYS Wor

8、kbench，并以尺寸單元為2mm進行網格劃分得到如下圖有限元模型。液力變矩器簡化模型網格劃分液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯16液力變矩器整體強度分析u 液力變矩器極限工況下整體計算結果液力變矩器在極限工況（轉速500轉/秒）工作時，并對液力變矩器內部葉片和殼體施加在應力（葉片與液壓油流固耦合分析中估計平均值1.6MPa），施加約束，基于ANSYS Workbench平臺計算得到其應力、應變分布圖如下。液力變矩器極限工況下應力分布云圖液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯17液力變矩器整體強度分析u液力變矩器整體強度計算結果分析通過計算得到整體結構在極限工況下工作時的最大應力點的應

9、力為303MPa，選取的屈服強度為500MPa，取安全系數為1.5，計算之后得到的許用應力為333.33MPa，最大應力點的值是小于需用應力的，說明其滿足強度要求。觀察液力變矩器葉片變形的放大圖，可以看出葉片變形最大的是葉片的末端，可以知道在流固耦合分析中假設的葉片的末端是葉片最脆弱的環節是正確的。液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯18液力變矩器模態分析同樣采用強度分析中液力變矩器的有限元模型，計算出得出該液力變矩器前10階的固有頻率和振型圖，在液力變矩器工作工程就要避免這些頻率下的振動激勵，防止共振，前10階固有頻率如下表：階數頻率（Hz）階數頻率（Hz）13107.365674.223515.675784.634409.685809.144942.495983.855339.4106285.7液力變矩器流固耦合強度分析及優化論文答辯19液力變矩器的優化設計通過以上的分析我們可以得出液力變矩器最容易疲勞損傷的地方為葉片的末端，