搜索基于ANSYSWorkbench的低噪聲海水泵有限元分析
2016-10-22 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
基于ANSYS Workbench
的低噪聲海水泵有限元分析
李永東, 張海鷹, 馬小錄, 白坤雪, 高愛軍
(中國船舶重工集團公司第705研究所, 陜西西安, 710077)
摘 要: 為進一步優化設計魚雷用低噪聲海水泵,利用工程仿真技術集成平臺ANSYSWorkbench對魚雷用低噪聲海水泵關鍵零部件進行了靜力學及動力學有限元分析,得到了某種工況下低噪聲海水泵關鍵零部件的受力情況及振動特性,并通過對齒圈進行諧響應分析,預測結構的持續動力學特性。該分析結果可為低噪聲海水泵的設計及試驗提供理論支持,對于縮短研發周期、節省試制費用和提高設計質量有一定的參考作用。
關鍵詞: 魚雷; 低噪聲海水泵; 振動特性; 諧響應; 有限元分析
中圖分類號:TJ630.32; TH137.51
0 引言
海水泵作為熱動力魚雷中重要的海水增壓元件, 目前主要采用漸開線外嚙合齒輪泵或葉片泵[1]。由于泵結構自身的工作特點所產生的壓力脈動會沿著海水的流動通路傳遞, 引起相關零部件和管道振動, 并通過魚雷殼體向外輻射噪聲[2]。 為減小外嚙合齒輪海水泵出口壓力脈動, 通常會采取增加齒輪齒數、側板設置卸荷槽、提高齒輪加工精度[3]及在泵出口設置減振管[2]等方法。
魚雷用低噪聲海水泵則通過采用內嚙合漸開線齒輪泵的結構形式減小海水泵的出口壓力脈動。低噪聲海水泵具有流量脈動小、無困油、噪聲低等優點[3]。在排量及外形尺寸相同的情況下, 其出口流量脈動系數遠低于外嚙合齒輪泵。
目前, 針對內嚙合齒輪泵的研究主要集中在某個零件及單個結構的分析計算方面[4],很少采用有限元方法對泵進行靜力學及動力學分析。ANSYSWorkbench作為新一代多物理場協同CAE(computer aided engineering)仿真環境不但繼承了ANSYS經典平臺(ANSYS Classic)在有限元仿真分析上的所有功能, 而且融入了UG、PRO/E等CAD軟件強大的集合建模功能[5]。文中利用有限元仿真平臺ANSYS Workbench對低噪聲海水泵結構進行仿真, 通過對相關結構進行靜力學及動力學分析, 為工程設計及試驗提供理論支撐。
1 低噪聲海水泵工作原理
2 有限元分析前處理
3 仿真計算與分析
4 結論
文中利用ANSYS Workbench對低噪聲海水泵關鍵零部件進行了靜力學與動力學仿真, 獲得了泵在仿真現實工況下的力學特性, 通過仿真分析得出如下結論:
1) 仿真得到了齒輪軸、齒圈應力分布情況以及兩者嚙合過程中的接觸應力分布情況;
2) 通過模態分析得到了齒輪軸、齒圈、殼體等各自的振動固有頻率值及模態振型, 分析可知, 泵在工作中不存在由于輸入轉矩引起的共振問題;
3) 通過對齒圈的諧響應分析得到了齒圈的應力響應曲線, 從而預測齒圈在動載荷作用下的持續動力學特性。
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(以上內容詳見《魚雷技術》2016-3期P217-221)
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