离心泵叶轮的受力变形有限元分析
泵轴及叶轮失效分析
蜡油离心泵泵轴及叶轮失效分析我公司炼油二套常减压车间的蜡油离心泵为悬臂离心泵，其泵轴的设计要求材质为35CrMo，调质处理，硬度为HB=269～302。
叶轮材质为G25钢，静平衡允差为8g。
泵轴端有一M24×1.5的螺纹，用于固定叶轮。
泵扬程150m，体积流量200m3/h，转速2950r/min，蜡油密度0.919kg/m3。
从1995年12月开始，该泵发生多起断轴事故，断裂部位都在轴端螺纹退刀槽处，断轴时间间隔越来越小，最短只有一个月左右。
同时叶轮表面多处出现蜂窝状穿孔，影响了装置的正常运转。
1分析计算1.1泵轴(1)断口宏观分析对失效泵轴断口部位进行宏观观察，发现宏观断口表面可明显分为3个区：疲劳裂源区、疲劳裂纹扩展区和最后断裂区。
仔细观察轴的边缘可看到有几个一次疲劳裂纹台阶，说明该断口的疲劳裂纹源有多处，这些疲劳裂纹源反映了轴端退刀槽处应力集中比较严重。
疲劳裂纹扩展区占断口总面积的大部分区域，最后断裂区域很小，说明此轴肩处所受的拉应力较小。
由于此处过渡圆角半径R非常小，会产生较大的应力集中。
循环载荷作用在应力集中最大的螺纹退刀槽部位，使泵轴发生疲劳断裂。
循环载荷系叶轮失重引起的动不平衡产生的轴向冲击力。
叶轮长期未更换，引起的动不平衡愈加严重，泵轴断裂时间愈来愈短。
(2)金相分析在断口附近取样分析，发现该轴金相组织主要为回火屈氏体，组织中仍可以看到有许多板条状马氏体形态，见图1。
说明轴在进行调质处理时，高温回火温度或时间不到位，没有获得回火索氏体组织，造成轴的缺口敏感性提高，加快了疲劳裂纹的萌生和扩展。
图1轴金相组织350×(3)硬度试验取样进行硬度试验，洛氏硬度HRC值分别为31、32、31、34，这些值比图样中规定的HB值偏高，进一步表明其组织为非回火索氏体。
(4)扫描电镜(SEM)分析取样后用扫描电子显微镜分析了泵轴断口的微观形貌，可以看到在疲劳裂源区和疲劳裂纹扩展区存在疲劳条纹，见图2和图3，说明失效是由于疲劳断裂引起的，疲劳裂纹扩展的微观形貌是解理花样。
基于UG的离心泵泵盖有限元仿真分析
基于UG的离心泵泵盖有限元仿真分析张百涛（北京科技大学应用科学学院，100083）摘要：利用UG软件对离心泵泵壳进行三维实体建模，在UG中经验设计结构进行有限元仿真分析，计算出现有承载压力下的应力应变分布情况关键词：UG，有限元，应力应变引言目前，尽管有限元分析技术应用广泛且较为成熟，但在应用于离心泵泵体有限元分析及优化设计时，依然存在一些问题，主要有：采用特定类型的单元进行有限元分析时，网格的密度与计算精度之间没有可供参考的量化关系；基于有限元法的结构优化分析是近年来CAD/CAE（计算机辅助设计/计算机辅助分析）领域的一项重要研究课题，但由于有限元模型重构存在一定困难，使得离心泵结构零部件基于有限元法的优化分析目前基本上还局限于一些简单结构或简化结构；近年来，有限元高精度理论取得了重大进展，但其工程应用（包括在离心泵泵体有限元分析中的应用）并不多见。
研究高精度理论在离心泵及其装置复杂零部件有限元分析中的应用对提高分析效率和分析结果的可信度具有重要意义。
正文本课题主要研究内容有：（1）引进CAD三维实体造型技术，运用三维CAD软件的强大参数化特征造型功能，建立离心泵泵盖复杂的实体模型，并导入到有限元的前处理模块中去。
（2）应用有限元法及ANSYS软件对导入的泵盖模型进行分析计算，研究在承水压力大幅增大的背景下，对现行泵盖的结构尺寸是否满足设计要求进行验证。
（3）研究结构优化设计的理论及方法，在结构仿真分析的基础上，进行泵盖结构参数优化设计研究，即选择合理的设计变量、约束函数和目标函数对结构构件的截面参数及形状进行优化设计，在满足结构强度、刚度的前提下使结构重量尽可能轻，应力分布尽量合理，从而提高结构对材料利用的合理性和经济性。
（4）研究ANSYS软件优化设计的原理和方法及其二次开发工具(如APDL语言等)。
本文采用UG实体造型功能中的自上向下的建模方法来构造离心泵泵盖的实体模型，如图1所示。
在有限元模型的力学分析中，有限元网格的划分尤其重要，其划分的质量直接关系到计算的精度与速度。
基于ANSYSWorkbench的离心泵叶轮强度分析
图6
离心力作用下的叶轮位移云图
2 ） 旋转载荷及流体压力载荷共同作用下叶轮
－3 的变形。 最大位移是 2. 45 × 10 mm， 部位靠近叶
如图 7 所示。 片出水边，
Hale Waihona Puke 图7加载流体压力后叶轮的位移云图
第6 期
贾宁宁， 等： 基于 ANSYS Workbench 的离心泵叶轮强度分析
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3. 3. 2
离心泵具有节能且生产率高的优点， 被广泛应 用。叶轮是离心泵最重要的工作元件之一 。叶轮的 性能取决于水力设计， 也与结构设计密切相关， 其可 靠性设计对整个离心泵的安全运行有着重要影响 ； 因此对离心泵叶轮在工作状态下的应力分析及变形 进行研究具有重要的应用价值。 理论计算、 应力应变测试及数值计算是对机械 设备的结构力学行为进行分析的 3 种方法。由于叶 轮结构复杂且作高速旋转运动， 理论计算和应力测 试相对困难， 以往主要依靠长期的经验积累进行设 计 。计算机技术的进步促进了数值计算方法的 ， 发展 有限元法（ FEM ） 逐渐成为辅助工程师进行产 ［2 ］ 品设计及分析的重要手段 。 本文应用有限元分析软件 ANSYS Workbench 对 离心泵叶轮进行流体流动和结构之间的单向耦合分
图2 叶轮与流动空间三维几何模型
pκ =
2
2. 1
叶轮内流体流动分析
计算区域
μ t μ i μ j μ i （ + ） ρ x j x i x j
（ 7）
C1 = 1. 44 ， C2 = 相关 系 数 取 值 分 别 为： C μ = 0. 09 ， 1. 92 ， σ κ = 1. 0 ， σ ε = 1. 3 。 2. 3 叶轮的流体计算及结果分析 利用 ANSYS Workbench 中的 Fluent 模块加载 流场网 格 模 型。 叶 轮 设 计 工 况 为： H = 16 m； n = 标 及无滑移壁面边界条件。 采用 N － S 控制方程、 SIMPLEC 算法、 QUICK 差分格式对叶 准 κ － ε 模型、 轮内旋转流场进行了三维流动计算 。 叶轮内流体压力分布如图 4 所示， 其最大压力 0. 157 MPa。
叶轮有限元分析
资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载叶轮有限元分析地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容有限元法分析与建模课程设计报告报告题目：基于ANSYS Workbench的叶轮结构强度和振动模态分析学院：机械电子工程学院指导教师：学生及学号：摘要涡轮增压器是一种高速回转的叶片机械，一旦出现故障，特别是运动部分发生故障，将导致整个增压器在极短时间内损坏。
随着涡轮增压器压比及转速的不断提高，增压器转子叶轮部分的结构可靠性分析变得愈为重要。
对某型号增压器叶轮系统使用Catia建立简化的模型，并使用ANSYS Workbench有限元分析软件对叶轮系统进行静强度分析，得到最大应力与转速的曲线。
以及对叶轮预应力振动模态分析，得到叶轮的自振频率和振型。
为涡轮增压器叶轮系统的优化设计和动力学分析提供依据。
关键词：涡轮增压器叶轮有限元法静强度分析模态分析ABSTRACTThe turbocharger is a high-speed rotating blade mechanic, once a failure, especially moving parts failure will cause the entire turbocharger damage in a very short time. With the continuous improvement of the turbocharger pressure ratio and rotational speed, turbocharger impeller rotor structure reliability analysis become more important. The use of a certain type of turbocharger impeller system by Catia establish a simplified model, and the use of finite element analysis software ANSYS Workbench analysis the impeller system static strength , get a correlative curve with maximum stress and speed. And the impeller prestressed Modal analysis, get the impeller natural frequencies and mode shapes. Provide the basis foroptimizing the design and dynamics analysis turbocharger impeller system.Keywords:Turbocharger, Impeller, FEM, Static strengthanalysis,Modal analysis目录TOC \o "1-3" \h \u HYPERLINK \l _Toc12137 第1章引言PAGEREF _Toc12137 1HYPERLINK \l _Toc23436 1.1 有限元法及其优越性 PAGEREF_Toc23436 1HYPERLINK \l _Toc15599 1.2 ANSYS Workbench及其优点 PAGEREF _Toc15599 1HYPERLINK \l _Toc6672 1.3 问题的工程背景 PAGEREF _Toc66721HYPERLINK \l _Toc9922 第2章叶轮强度计算 PAGEREF_Toc9922 2HYPERLINK \l _Toc23709 2.1 静强度分析 PAGEREF _Toc23709 2HYPERLINK \l _Toc3748 2.2 静强度分析步骤 PAGEREF _Toc37482HYPERLINK \l _Toc1916 2.3 材料特性定义 PAGEREF _Toc19164HYPERLINK \l _Toc4894 2.4 网格划分 PAGEREF _Toc4894 5HYPERLINK \l _Toc25828 2.5 载荷和约束施加 PAGEREF_Toc25828 8HYPERLINK \l _Toc4630 2.6 计算结果及分析 PAGEREF _Toc46309HYPERLINK \l _Toc23426 2.6.1 叶轮应力分析 PAGEREF_Toc23426 9HYPERLINK \l _Toc16992 2.6.2 叶轮应变与变形 PAGEREF_Toc16992 14HYPERLINK \l _Toc16853 第3章叶轮振动模态计算 PAGEREF_Toc16853 16HYPERLINK \l _Toc28410 3.1 叶轮的振动与模态 PAGEREF_Toc28410 16HYPERLINK \l _Toc19949 3.2 带预应力模态分析步骤 PAGEREF _Toc19949 16HYPERLINK \l _Toc804 3.3 计算结果与分析 PAGEREF _Toc80418HYPERLINK \l _Toc7609 第4章总结 PAGEREF _Toc7609 20 HYPERLINK \l _Toc19959 参考文献 PAGEREF _Toc19959 21第1章引言1.1 有限元法及其优越性有限元法将连续的求解域离散为一组单元的组合体，用在每个单元内假设的近似函数来分片的表示求解域上待求的未知场函数，近似函数通常由未知场函数及其导数在单元各节点的数值插值函数来表达。
关于离心泵叶轮裂纹故障分析与探讨
关于离心泵叶轮裂纹故障分析与探讨发表时间：2020-03-30T08:51:38.520Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年23期作者：李宏田涛[导读] 对叶轮裂纹的形成机理进行探究，为离心泵故障诊断提出一种高效的解决思路。
福建福清核电有限公司福建福清 350318摘要：电厂离心泵叶轮是决定设备能否正常运行的关键组构，本文主要是针对某电厂离心泵的叶轮裂纹故障问题进行探究，采用理论与实践结合的分析方法，对其故障问题进行分析，并提出解决策略。
关键词：离心泵；叶轮；裂纹引言：叶轮是离心泵的重要构件，是主要的供能装置，有多个旋转叶片组成。
离心泵叶轮的主要作用是将原动机的机械能通过离心力的作用传递给液体，由此提高液体的动压能与静压能，最终实现液体的提升与排出。
电厂离心泵叶轮的性能指标与铸造工艺、结构设计、材料选型和机加工方式等诸多因素都有关系。
在离心泵运行的过程中，如果叶轮出现裂纹，就会导致水力性能偏差，最终形成离心泵失效的严重后果。
所以，要在叶轮出现裂纹问题时，及时进行处理，才能有效避免产生严重事故。
本文采用有限元分析仿真相结合、金相分析、与金属断口分析的技术方式，对叶轮裂纹的形成机理进行探究，为离心泵故障诊断提出一种高效的解决思路。
1.离心泵叶轮裂纹故障的现象某电厂的离心泵叶轮装置成型采用的是溶模精密的铸造方式，材质是马氏体不锈钢，热处理工艺是淬火和两次回火（淬火温度控制在1000℃，回火是625℃和605℃）。
在进行现场检查工作过程中，发现叶片出现裂纹，裂纹大小长约5mm，宽约0.5mm，通过液体渗透进行检测，发现叶片根部有大约30mm的线性显示的裂纹。
大量研究表明，引起叶轮裂纹故障的影响因素有很多种，包括铸造工艺、装配工艺、结构设计、材质选型、实验工况和现场运行环境等。
为了快速准确地了解该电厂的离心泵叶轮裂纹原因，采用有限元分析仿真相结合、金相分析、金属断口分析的技术方式，对裂纹的形成机理进行探究。
某叶片式离心泵的叶轮部件结构静力学分析
荷都 可 以选 用 ｓｒ ５ ｕｆ ４号 单 元来 加 载 。该 单 元 为 空 １ 间结构 表面效 应单 元 ， 用 于 三维 表 面 变载 荷 或 表 适 面效 应 的加 载 分 析 ， 并且 该 单 元 可 以与 ｓｌ ｉ ７号 ｏｄ８ ｉ 单元 相适应 产生 三角形 的表 面单元 。
叶面是 由 多 个 复 杂 的雕 塑 曲面 组 成 ， 此 在 三 维 因 Ｃ Ｄ软件 Ｕ Ａ Ｇ中建立起 了它 的实体 模 型。然 后将 叶
轮 实体模 型存储 为 Ｐｒｓｌ ａａｏｄ格 式 的文 件 ， Ｎ Ｙ ｉ Ａ Ｓ Ｓ有
Ｐ ｒｓｌ ａ ｏ ｄ格 式 文件 的接 口， 人该 文 件 并 显示 叶轮 ａ ｉ 导
表 １ 叶 轮 的 材 料属 性
进行多 种类 型 的分析 ， 对 不 同 的分 析 类 型 它提 供 针
了二百力
学分析 ， 需要选 择 与 结 构分 析 相 关 的单 元 类 型 。首
先叶轮 体上 承受惯 性 载 荷 ， 样就 需 要 应 用结 构 分 这 析 中的体单元 ， 同时 由于 叶轮体 形状 复杂 ， 以用结 难 在选 择好 单元 后 ， 要 用相 应 的单 元 对 叶 轮划 就 分 网格 ， Ｎ Ｙ Ａ Ｓ Ｓ提 供 了 自由网格 与 映射 网格 的划分
分析可 以掌握 叶轮 部件 的应力 、 变形 等力 学特性 ，
并 为 以后 的模态 分析 和瞬态 分析 打下 良好 的基础 。
１ 叶轮 静 力 学 分析 及 计 算 过 程
１ １ 叶轮 实体建 模 与有 限元模型 的生成 ．
由于离心泵 叶 轮具 有 复杂 的空 间几 何 形状 ， 其
的实体 模 型 （ 图 １所示 ） 如 。
在 Ａ Ｓ Ｓ中检 查叶轮 实体模 型并 确认 无误 ， ＮＹ 然
基于有限元的矿用潜水泵叶轮的应力与变形分析
基于有限元的矿用潜水泵叶轮的应力与变形分析王裕清;张朋飞;李建中;张俊辉【摘要】叶轮作为矿用潜水泵的重要部件,对其进行应力及变形分析,可为提高潜水泵的性能,优化叶轮结构,指导设计生产提供参考依据.利用有限元分析软件ANSYS 13.0,从矿用潜水泵实际运行工况出发,对潜水泵叶轮在耦合载荷作用下的应力及变形情况进行分析.分析结果表明:在耦合载荷作用下,叶轮径向、周向、轴向应力以及第一主应力远小于叶轮材料强度极限;最大变形位置在叶片与叶轮外缘前后盖板之间的流道上.该分析结果有利于分析叶轮变形失效原因,校验叶轮受力及设计合理性,并且为潜水泵叶轮的优化设计提供了充分的理论依据.【期刊名称】《河南理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】5页(P64-68)【关键词】矿用潜水泵;叶轮;耦合载荷;有限元分析;变形分析【作者】王裕清;张朋飞;李建中;张俊辉【作者单位】河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;河南理工大学机械与动力工程学院,河南焦作454000;纽科伦起重机有限公司河南新乡453000【正文语种】中文【中图分类】TH311(1.School of Mechnical and Power Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000,Henan,China；2.Nucleon Crane Co., Ltd, Xinxiang 453000,Henan,China)Key words：mine submersible pump； impeller；coupling load；finite element analysis；deformation analysis目前，矿山抢险排水用潜水泵的叶轮材料多为铸铁或锡青铜，质量大，转动惯量大，在长时间的抢险排水过程中需要耗费大量电能，造成许多不必要的能源浪费[1]。
基于ABAQUS离心叶轮应力的有限元分析
基于ABAQUS离心叶轮应力的有限元分析徐诗辉;彭友余;田小燕;买靖东;匡晋安【摘要】通过对叶轮自然频率的提取可以得到结构的基本周期。
将叶轮载荷的施加周期与基本周期作出对比，可确定叶轮的分析类型为瞬态动力响应或稳态静力分析。
作为叶轮的稳态静力分析，需要考虑三个问题：起始阶段旋转加速度引起的应力；起始阶段之后恒定旋转速度引起的向心力；上述两项引起应力效应的叠加。
通过这些分析能为叶轮选择材料与减重。
%Basic cycle of impeller framework can be gained through extraction of natural frequency . It can be ascertained that analysis type is either transient dynamic response or steady static analysis through contrasting append cycle of impeller and basic cycle.As steady static analyse of impeller, three question must be considered:stress generating by rotary acceleration at start stage; centripetal force generating by constant rotary speed behind start stage;domino effect generating by combination of the previous two type. Impeller material can be selected and mass can be lightened through these analysis.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P19-22)【关键词】叶轮;基本周期;稳态静力;应力叠加【作者】徐诗辉;彭友余;田小燕;买靖东;匡晋安【作者单位】中国北方车辆研究所，北京 100072;中国北方车辆研究所，北京100072;中国北方车辆研究所，北京 100072;中国北方车辆研究所，北京 100072;中国北方车辆研究所，北京 100072【正文语种】中文【中图分类】TH452CLC NO.:TH452 Documentcode:A ArticleID:1671-7988(2014)04-19-带有旋转部件的结构，它们的动力学行为分析需要一种特殊的模型，此模型包括旋转部件、静子部件和不同的连接部件。
基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析
775 850 1 600 160 85
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采用 CREO 软件对离心风机叶轮进行三维建 模，三维模型见图 1 所示。
图 1 离心风机叶轮三维模型
收稿日期：2018-03-12 第一作者简介：李鹏飞（1986—），男，本科，2009 年毕业于内蒙 古科技大学过程装备与控制工程（化工机械）专业，现为机械 工程专业在读工程硕士，安全评价师，工程师，就职于内蒙古 安邦安全科技有限公司。
5.710e+001 4.282e+001 2.855e+001 1.427e+001 0.000e+000 m/s
图 2 500 r/min 转速下 2 000 步后的流线图
不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和 出口压力见表 2。
表 2 不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和
关键词：离心风机叶轮 强度分析 动力学分析
中图分类号：TH432；TP391.72
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2018）06-0035-03
引言 叶轮作为离心风机实现机械能转换为风能的核
心部件，其力学性能的好坏直接影响了离心风机的 寿命及安全性。离心风机运行过程中叶轮存在弯曲、 撕裂、断裂等安全隐患，传统设计过程中一般采用理 论公式对叶轮进行强度计算不能完整的预测叶轮的 力学性能，而采用 ANSYS 有线元法不仅可对离心风 机叶轮进行强度分析和动力学特性分析，还可求得 不同转速下叶轮的应力分布、变形分布和运转过程 中的临界转速，从而为实际生产运行工况提供理论 基础[1-2]。 1 离心风机叶轮建模与流场分析
离心风机风道流动为湍流，基于 FLUENT 软件 选用 RNG k-ε 湍流模型对风道流场进行分析[4]。
离心风机叶轮盖盘热锻有限元分析
离心风机叶轮盖盘热锻有限元分析1. 研究背景和意义a. 离心风机叶轮的作用和重要性b. 热锻技术在零件制造中的应用和优势c. 研究离心风机叶轮盖盘热锻的意义和目的2. 问题描述和理论基础a. 离心风机叶轮盖盘的结构和特点b. 热锻工艺和方法的基本原理和模拟方法c. 热锻过程中的温度场、应力感和应变感等影响因素3. 有限元建模和模拟分析a. 利用有限元软件建立离心风机叶轮盖盘的三维模型b. 设定叶轮盖盘热锻过程中的边界条件和材料参数c. 进行热锻过程的数值模拟，得到叶轮盖盘的应力和应变分布等结果4. 结果分析和讨论a. 分析叶轮盖盘在不同热锻工艺参数下的应力分布和应变感变化b. 研究其材料性能和机械性能的变化和影响因素c. 分析并比较模拟结果与实际试验结果的误差和一致性5. 总结和展望a. 总结离心风机叶轮盖盘热锻的有限元分析结果和结论b. 对其材料性能、机械性能和工艺参数的优化提出建议和展望c. 探讨相关领域中的热锻技术及其未来的发展趋势第一章：研究背景和意义离心风机是现代工业中常用的一种设备，其应用广泛，包括空调、通风、制药、化工等多个领域。
离心风机的核心部件是叶轮，而叶轮的盖盘在保证叶轮正常工作的同时还要具备一定的强度和稳定性。
为了保证叶轮的高效运转和长寿命，需要采用高品质的制造工艺和材料。
传统的叶轮盖盘制造工艺是通过铸造或者加工而成，然而这些方法制作出来的叶轮盖盘存在一定的缺陷，例如铸造制造过程中的气孔、裂纹、夹渣等缺陷，对于加工工艺则存在较大的难度和时间成本。
为了改善叶轮盖盘制造的缺陷和提高强度，热锻工艺被引入到叶轮盖盘的制造中。
热锻是一种应用高温下施加压力的制造工艺，也被称为火花冲压。
热锻能够改善金属的内部晶粒和纤维结构，增加材料的强度和韧性，同时还能够减少金属缺陷和提高材料的密度。
因此，热锻工艺被广泛应用于各个领域的金属制件的生产中，包括叶轮盖盘制造。
离心风机叶轮盖盘的热锻是一个较为复杂的制造工艺，涉及到材料的加工、设计、模拟和分析等多个方面。