[发明专利]一种基于有限元的涡轮泵充浸液湿模态分析方法

摘要

本发明提供了一种基于有限元的涡轮泵充浸液湿模态分析方法，利用ANSYS有限元软件，通过APDL语言命令流和WORKBENCH模态分析模块分别对涡轮泵壳体充液和离心轮结构浸液状态下进行湿模态的分析研究，分析液体对结构固有频率和振型的影响，同时考虑工程状况下涡轮泵结构的充浸液氧状态，分析浸没介质对涡轮泵结构模态特性的影响，为防止结构的共振提供重要的动力学依据。本发明对于充浸液结构固有频率计算具有一定的通用性，且可以改变充浸液介质，获取工作状态下更加准确的结构固有频率和振型，为防止结构共振破坏、振动疲劳以及评价结构的动态特性和优化结构设计提供一定的依据。

主权项

1.一种基于有限元的涡轮泵充浸液湿模态分析方法，其特征在于包括下述步骤：(1)对工程上提供的涡轮泵壳体模型进行简化，借助建模软件对涡轮泵壳体模型进行充液操作，要求液体域充满涡轮泵壳体空间，建立涡轮泵壳体充液状态流固耦合模型，对工程上提供的离心轮结构模型进行简化，借助建模软件对离心轮结构模型进行浸液操作，要求离心轮结构完全浸没在液体中，建立离心轮结构浸液状态流固耦合模型，将模型导出为.x_t格式文件；(2)将步骤(1)中导出的.x_t格式文件导入到ANSYS WORKBENCH软件中，定义材料属性，流体域材料设置为初始值，并在命令流中修改；在涡轮泵壳体进出口及侧面孔洞上附加均布载荷，均布载荷数值即为涡轮泵壳体进出口及侧面孔洞上盖子的质量；(3)对涡轮泵壳体充液状态流固耦合模型和离心轮结构浸液状态流固耦合模型进行网格划分，且涡轮泵壳体充液状态流固耦合模型和离心轮结构浸液状态流固耦合模型中，固液交界面处的网格单元尺寸一致，将流体和固体结构区域合并成一新体(Form New Part)；(4)在ANSYS WORKBENCH中，通过在Model模块下右键插入Named Selections创建命名区域，将流体域外表面命名为Outface，将流体域内表面命名为Interface，将流体域命名为Fluid Body，为之后命令流的识别做准备；(5)在ANSYS WORKBENCH中通过在Modal模块下右键插入Commands创建命令流，定义流体材料，将流体部分改为流体单元，定义接触面为流固耦合单元，流体外表面边界压力为0；(6)在ANSYS WORKBENCH中，在Analysis Settings模块下输入求解设置，设置频率提取阶数和求解频率范围，采用非对称矩阵法求解(Unsymmetric)进行模态的提取；(7)提取步骤(6)的各阶频率及振型结果。