农机发动机叶片复杂零件的有限元网格生成方法研究

２０１　８年４月　农机化研究　第４期　农机发动机叶片复杂零件的有限元网格生成方法研究　毛丹丹　，刘志刚　（１．柳州职业技术学院机电工程学院，广西柳州　５４５００６；２．南昌工学院，南昌　３３０１０８；３．南昌大学，南昌　３３００３１）　

摘要：随着现代农机体积的不断增大，发动机的功率和散热问题成为制约农机发展的主要因素之一。为了提　高农机发动机的散热效率，提出了一种基于有限元仿真的发动机风扇优化方法。由于发动机风扇属于复杂零　件，引入了一种复杂零件的三维六面体网格划分方法，主要采用有限元模型和网格规划的原理，对复杂模型进行　网格分块，最后通过网格整合有效地提高了有限元网格划分的效率和精度。为了验证网格划分方法对复杂机械　零部件有限元网格划分的可靠性，以重型农机发动机散热风扇叶片的有限元网格划分和仿真模拟为例，对网格　划分方法的可靠性进行了验证。有限元仿真表明：采用这种网格划分方法可以有效地实现复杂零件的三维网格　划分。同时，将生成的网格代人到有限元软件中进行了仿真计算，将计算结果和实验测试结果进行了对比发现：　仿真结果和实验结果基本吻合，从而验证了网格划分的可靠性。　关键词：重型农机；发动机叶片；复杂零件；有限元；网格生成　中图分类号：￥２２０．６；ｓ２２０．３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３—１８８Ｘ（２０１８）０４—０２５２—０５　

０　引言　发动机冷却风扇是农机发动机冷却系统中非常　关键的零部件之一，冷却风扇的效率关系到发动机性　能的好坏，是评价发动机性能指标的主要因素之　一¨　。重型农机的发动机功率一般较大，其发热量　

也较大，因此需要大功率高性能的冷却风扇进行散　热，由于风扇的叶片属于复杂模型，其制造成本较　高　。采用实际产品实验的方法对冷却风扇叶片　进行优化，不仅效率低、周期长，而且成本也比较高　昂¨卜＂　。随着有限元网格生成技术和计算机辅助设　计方法的快速发展，使用计算机虚拟仿真方法对叶片　类结构进行优化成为可能，将复杂模型有限元网格生　成技术引入到农机发动机散热风扇叶片的优化设计　过程中，将是一种更方便、经济、高效的设计方　法　圳］　

１　农机发动机冷却风扇叶片和复杂模型网格　生成　在农机发动机的冷却系统中，散热风扇是重要的　冷却零部件之一＿１　。随着风扇转速的不同，其进　

收稿日期：２０１７—０３—２１　基金项目：江西省教育厅科学技术研究项目（ＧＪＪ１５０１５６）；广西高校　科学技术研究项目（２０１　３ＹＢ３５６）　作者简介：毛丹丹（１９８１一），女，湖南平江人，讲师，硕士。　通讯作者：刘志刚（１９８０一），男，湖北天门人，副教授，博士，（Ｅ—ｍａｉｌ）　ｆｉｂｅｒｈｏｍｅ＠１２６．ｅｏｍ　

人发动机冷却系统的风量也不同，由此给风扇叶片产　生的风压和叶片的阻力也有所不同。农机发动机冷　却系统如图１所示。　

散热器　农机发动机　

图１农机发动机冷却系统　Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｅｎｇｉｎｅ　发动机系统散热系统最前端是散热栅，散热栅后　边是冷却风扇，冷却风扇的叶片是曲面形状，属于复　杂类机械零部件。单个风扇叶片的形状如图２所示。　叶片是比较薄的曲面复杂模型，对于网格的生成较为　困难。本次采用分块划分的方法，依据网格分块规划　原理，最后将网格整合，整个发动机冷却风扇的优化　流程如图３所示。图３中，主要包括风扇的ＣＡＤ建　模、有限元网格划分和实验测试对比，特别是有限元　网格划分是本次研究的重点，采用分块划分实现复杂　网格的划分，为整个优化过程奠定基础　拍Ｊ。　农｛Ｉ【化们ｆ　４　ｌｃＪＪ　ｐ　啪ｉＩｌ　＿】（１ｔ－　ｄＩ，Ｉ　呼形状　（１ｆ＾ｉｌ１　１　ｃ，Ｉ　ｌ　

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