ansys離心應(yīng)力的案例
ANSYS Fluent離心泵仿真計算
05
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結(jié)果展示
圖11 離心泵揚程隨時間的變化
圖12 離心泵壓力場云圖
圖13 離心泵內(nèi)流暢速度云圖
圖14 離心泵內(nèi)流場矢量云圖
文章來源：數(shù)值模擬交流之林
ANSYS CFX 帶蝸殼離心泵性能仿真分析
一、模型說明
本案例基于ANSYS 2019R3 Workbench平臺，通過BladeGen軟件對離心泵葉輪水體進(jìn)行建模，導(dǎo)入TurboGrid自動完成高質(zhì)量六面體網(wǎng)格劃分；蝸殼水體通過ANSYS Meshing自動劃分非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格；
拖拽CFX模塊，連接B2單元和C2單元，導(dǎo)入離心泵葉輪網(wǎng)格模型；連接D3單元和C2單元，右鍵更新D3單元，完成蝸殼和葉輪網(wǎng)格模型裝配；
雙擊C2單元啟動CFX-Pre，右鍵單擊葉輪模型通過“Transform Mesh”生成完整葉輪模型；
二、分析設(shè)置
定義計算域
右鍵單擊蝸殼模型插入靜止流體域命名“Volute”，鼠標(biāo)點擊“Location”黃色區(qū)域，在圖形區(qū)域左鍵選擇蝸殼水體，并完成計算域設(shè)置；
選擇“Default Domain”右鍵重命名為“Impeller”，雙擊進(jìn)行轉(zhuǎn)動域設(shè)置界面，定義材料-Water，相對壓力-0atm，轉(zhuǎn)速-1450RPM，以及轉(zhuǎn)軸-Z軸；關(guān)閉傳熱模型，設(shè)置湍流模型為SST（Shear Stress Transport）；
定義邊界條件
選擇“Impeller domain”右鍵插入入口邊界命名“Impeller Inlet”位置選擇“Entire INBlock INFLOW”；
設(shè)置入口相對壓力1bar；
選擇“Volute domain”右鍵插入出口邊界，設(shè)置出口邊界質(zhì)量流率77.5kg/s；
選擇“Impeller domain”右鍵插入“旋轉(zhuǎn)-Rotaing”、“無滑移-No Slip wall”的hub wall、shroud wall 以及blade wall邊界；
選擇Interfaces右鍵插入Interface 邊界命名“domain Interface
展開 ANSYS Fluent Meshing-離心泵性能仿真網(wǎng)格劃分案例
，葉輪繞“X”軸逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速340r/min；
定義動域和靜域間的“Interface”；
壓力分布云圖；
離心泵水力效率計算公式（Fluent Moment 查看離心泵扭矩M-N/S）；
四、總結(jié)
目前，對于離心泵CFD仿真應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，計算仿真精度也非常高；
筆者之前也做過多次關(guān)于離心泵的仿真分析，但不確認(rèn)是什么原因（可能是三維軟件軟件間的兼容性問題）導(dǎo)致拿到的三維模型導(dǎo)入ANSYS CFD前處理軟件后，對蝸殼和葉輪進(jìn)行封閉，流體域抽取以及網(wǎng)格劃分操作比較繁瑣和耗時，尤其是對“Interface”的處理（封閉面與模型間存在漏洞，葉輪和蝸殼水體域共節(jié)點網(wǎng)格失敗等等）；
而現(xiàn)如今，借助Fluent Meshing的“Fault-tolerent Meshing”工作流能夠大大的減低模型前處理和網(wǎng)格的難度，提高工作效率，所以忍不住趕緊整理分享，希望對大家的CFD仿真學(xué)習(xí)和工作帶來幫助。
展開 ANSYS Fluent 壓縮機仿真｜離心壓縮機計算
本案例演示利用Fluent計算離心式壓縮機內(nèi)部流程并實現(xiàn)參數(shù)化的一般流程。
1 問題描述
要計算的壓縮機如下圖所示。
其包含6個主葉片及6個分流葉片，只計算單流道模型，如下圖所示。
流體介質(zhì)為空氣，葉輪轉(zhuǎn)速155733 rpm，沿z軸旋轉(zhuǎn)。
2 計算流程
啟動Workbench，讀取文件
TurbochargerCompressorFluentStartingPoint.wbpz
添加Fluent模塊，計算模塊如下圖所示
雙擊
D2單元格進(jìn)入Fluent
3 Fluent計算
3.1 General設(shè)置
進(jìn)入
General設(shè)置面板，保持默認(rèn)設(shè)置
設(shè)置
angular-velocity的單位為
rev/min
3.2 Models設(shè)置
開啟能量方程
選擇使用
SST k-omega湍流模型
3.3 Materials設(shè)置
指定密度為
ideal-gas，指定粘度為
sutherland
Sutherland對話框采用默認(rèn)設(shè)置。
展開 
ANSYS CFX 壓縮機仿真-離心壓縮機葉輪
本文利用CFX模擬離心壓縮機葉輪的氣動性能。
注：本文采用CFX 2019R2進(jìn)行演示
1 幾何模型
幾何模型來自ANSYS-CFX的教程文檔。下圖是幾何模型的示意圖。這個葉輪有24個葉片，以22360rpm的轉(zhuǎn)速繞Z軸旋轉(zhuǎn)。
△ 幾何模型示意圖
2 BladeGen定義幾何
啟動Workbench 2019 R2，將BladeGen模塊拖入工程視圖，右擊
A2：Blade Design→Properties，在屬性面板中設(shè)置如下圖所示
△ 屬性設(shè)置
加載創(chuàng)建好的葉輪。
ANSYS CFX 離心式壓縮機建模及網(wǎng)格劃分
一、ANSYS Blade Modeler
Vista 1D Design Tools
Vista AFD -Axial Fans Design，軸流風(fēng)機設(shè)計
Vista CCD -Centrifugal Compressor Design，離心壓縮機設(shè)計
Vista CPD - Centrifugal Pump Design，離心泵設(shè)計
Vista RTD - Axial turbines Design，軸流渦輪設(shè)計
BladeGen
DesignModele-BladeEditor，DM插件
Need ANSYS BladeModeler+ANSYS DesignModeler licenses
二、TurboGrid 網(wǎng)格工具
三、Vistal TF 二維仿真工具
四、ANSYS CFX三維仿真工具
五、離心壓縮機建模及網(wǎng)格劃分實例
1、
在ANSYS Workbench2019R3平臺下，啟動離心式壓縮機1D設(shè)計軟件Vista CCD，輸入壓縮機相關(guān)參數(shù)，點擊Calculate，完成離心式壓縮機設(shè)計
；
2、計算得到壓縮機功率為9.76KW；
3、右鍵A2單元，創(chuàng)建一個新的 BladeGen模塊，拖拽TurboGrid進(jìn)行鏈接，啟動TurboGriD網(wǎng)加載幾何模型；
4、雙擊Mesh Date，設(shè)置單元網(wǎng)格節(jié)點30萬，取消Target Max Expansion Rate,
展開 使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進(jìn)行瞬態(tài)仿真 ￥10
使用 ANSYS CFX 對離心泵內(nèi)的流動進(jìn)行瞬態(tài)仿真。湍流模型采用 SST。同時包含 CFX 定義文件。
ANSYS 高速旋轉(zhuǎn)輪盤考慮離心載荷引起的預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析
本問題是對某高速旋轉(zhuǎn)的輪盤進(jìn)行考慮離心載荷引起的預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析。該輪盤安裝在某轉(zhuǎn)軸上以12000轉(zhuǎn)/分的速度高速旋轉(zhuǎn)。其材料為鋼，相關(guān)參數(shù)為：楊氏模量EX=2.1E5Mpa，泊松比為PRXY=0.3,密度DENS=7.8E-9Tn/mm^3。
APDL命令：
ANSYS 高速旋轉(zhuǎn)輪盤考慮離心載荷引起的預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析.txt
分析結(jié)果如圖所示：
ANSYS后處理中的應(yīng)力與屈服準(zhǔn)則！
ansys后處理該看的那些應(yīng)力
01
應(yīng)力
材料發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布內(nèi)力在一點的集度稱為應(yīng)力 (Stress)，應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。我們分析后查看應(yīng)力，目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢？比如混凝土、鋼材，應(yīng)該就是用萬能壓力機進(jìn)行的單軸破壞試驗吧。也就是說，我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力，總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進(jìn)行比對的。所以，當(dāng)有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時，通過查看某一個方向，如plnsol,s,x 等，是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布要復(fù)雜得多，不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——就出現(xiàn)了強度理論學(xué)說。
材料力學(xué)中的四種強度理論
01
最大拉應(yīng)力強度理論
該理論認(rèn)為，材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力，無論何種狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力，則材料斷裂。其中，某點的最大拉應(yīng)力數(shù)值，就是其第一主應(yīng)力數(shù)值。
展開 應(yīng)力集中問題與ANSYS驗證
在工程上，應(yīng)力集中的程度用局部最大應(yīng)力σmax與該截面上的名義應(yīng)力σnom的比值來表示，即
Ktσ=σmax/σnom
Ktσ稱為理論應(yīng)力集中系數(shù)。下面，我們將通過一個典型應(yīng)力集中問題——帶孔平板，使用ANSYS軟件求出最大應(yīng)力和應(yīng)力分布圖，并與彈性理論計算的結(jié)果進(jìn)行比較：
根據(jù)彈性力學(xué)知識，孔邊環(huán)向正應(yīng)力的大小是無孔時的3倍，隨著遠(yuǎn)離孔邊而極速趨近于q。
ANSYS求解：
Step1：在SCDM中創(chuàng)建平面模型。
由于我們使用平面應(yīng)力模型計算，所以建模時必須要將橫截面建立在xy平面上。建立一個邊長為20mm×10mm的平面模型，中間孔的直徑為2mm。我們將模型分為四部分，方便在每部分的邊界上設(shè)置Path，從而繪制應(yīng)力曲線。由于該模型同時關(guān)于X軸和Y軸對稱，我們也可以使用四分之一模型建模。此處筆者使用完整模型。建立完成以后，使用share命令共享拓?fù)洌缓簏c擊菜單欄Workbench→ANSYS transfer→2020R1進(jìn)入Workbench。
Step2：設(shè)置分析類型（2D）。
在Project Schematic中的空白處點擊右鍵，選擇Properties，打開Properties of Project Schematic。單擊項目中的A3（Geometry）欄，在Propertiesof Project Schematic A3: Geometry中將AnalysisType切換為2D。（若Analysis Type為3D，則導(dǎo)入平面幾何后軟件將使用殼單元計算。）
展開 ANSYS正齒輪組 - 應(yīng)力評估
目的是評估扭矩傳遞過程中的最大應(yīng)力。根據(jù)工程判斷，最大應(yīng)力發(fā)生在接觸點或由于
齒彎曲而導(dǎo)致的齒根處。
由于深度方向上沒有變形的限制，即齒輪可以在深度方向上自由膨脹（或收縮），因此它被建模為平面應(yīng)力問題。
步驟 1：概述
正齒輪的齒與安裝齒輪的軸的軸線平行，在平行軸之間傳輸動力。為了保持恒定的角速度比，兩個嚙合的齒輪必須滿足齒輪傳動的基本定律：齒的形狀必須使得兩個齒接觸點的共同法線必須始終通過中心線上的固定點。接觸點稱為節(jié)點。
目的是評估扭矩傳遞過程中的最大應(yīng)力。根據(jù)工程判斷，最大應(yīng)力發(fā)生在接觸點或由于齒彎曲而導(dǎo)致的齒根處。
由于深度方向上沒有變形的限制，即齒輪可以在深度方向上自由膨脹（或收縮），因此它被建模為平面應(yīng)力問題。
第 2 步：工程數(shù)據(jù)（材料模型）
本教程選定的材料是“結(jié)構(gòu)鋼”，它是 ANSYS Workbench 中的默認(rèn)材料。
展開 
ANSYS后處理中的應(yīng)力與屈服準(zhǔn)則
ansys后處理該看的那些應(yīng)力
01
應(yīng)力
材料發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布內(nèi)力在一點的集度稱為應(yīng)力 (Stress)，應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。我們分析后查看應(yīng)力，目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢？比如混凝土、鋼材，應(yīng)該就是用萬能壓力機進(jìn)行的單軸破壞試驗吧。也就是說，我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力，總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進(jìn)行比對的。所以，當(dāng)有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時，通過查看某一個方向，如plnsol,s,x 等，是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布要復(fù)雜得多，不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——就出現(xiàn)了強度理論學(xué)說。
材料力學(xué)中的四種強度理論
01
最大拉應(yīng)力強度理論
該理論認(rèn)為，材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力，無論何種狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力，則材料斷裂。
展開 吊艙掛載應(yīng)力分析SW和ansys分析對比
吊艙掛載應(yīng)力分析
吊艙掛載方式細(xì)節(jié)圖。
吊艙由吊艙架1和吊艙架2支撐掛載。吊艙架1和吊艙架2分別由8顆和4顆M3螺釘固定，螺釘由中心盤內(nèi)向外鎖緊。下圖為吊艙架的整體圖示。
SW simulation靜應(yīng)力分析
吊艙掛載后的吊艙架應(yīng)力分析模型。材質(zhì)選擇鋁合金6063-T6，密度為2700kg/m^3。
彈性模量：6.9e+10N/m^2。泊松比0.33 屈服強度2.15e+8N/m^2
①如下圖12個孔位為吊艙架的固定孔位，吊艙架1和吊艙架2設(shè)定接合面。
②吊艙重量為0.69Kg,轉(zhuǎn)換為重力為0.69kg*G(取9.8N/kg)=6.76N。如圖中4個孔位處懸掛吊艙。(選擇總數(shù)，而非按條目）
③網(wǎng)格化后，運行應(yīng)力分析得下圖結(jié)果。紅色處為最大形變量結(jié)果，形變量為1.740e-02mm。
綜上所述支架強度足夠。
ANSYS靜應(yīng)力分析結(jié)果，材質(zhì)選擇了鋁合金密度2770kg/m^3。Poisson's ratio：0.33 bulk modulus:6.9608e+10Pa
計算總變形量1.9195e-2mm。
變形量云圖一致，均是頂部型變量最大。
材料：
向下的力：
限制位移固定工件。
展開 ANSYS后處理中的應(yīng)力與屈服準(zhǔn)則
ansys后處理該看的那些應(yīng)力
01
應(yīng)力
材料發(fā)生形變時，內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力，抵抗外力把分布內(nèi)力在一點的集度稱為應(yīng)力 (Stress)，應(yīng)力與微面積的乘積即微內(nèi)力或物體由于外因（受力、濕度變化等）而變形時，在物體內(nèi)各部分之間產(chǎn)生相互作用的內(nèi)力，以抵抗這種外因的作用，并力圖使物體從變形后的位置回復(fù)到變形前的位置。我們分析后查看應(yīng)力，目的就是在于確定該結(jié)構(gòu)的承載能力是否足夠。那么承載能力是如何定義的呢？比如混凝土、鋼材，應(yīng)該就是用萬能壓力機進(jìn)行的單軸破壞試驗吧。也就是說，我們在ANSYS計算中得到的應(yīng)力，總是要和單軸破壞試驗得到的結(jié)果進(jìn)行比對的。所以，當(dāng)有限元模型本身是一維或二維結(jié)構(gòu)時，通過查看某一個方向，如plnsol,s,x 等，是有意義的。但三維實體結(jié)構(gòu)中，應(yīng)力分布要復(fù)雜得多，不能僅用單一方向上的應(yīng)力來代表結(jié)構(gòu)此處的確切應(yīng)力值——就出現(xiàn)了強度理論學(xué)說。
材料力學(xué)中的四種強度理論
01
最大拉應(yīng)力強度理論
該理論認(rèn)為，材料破壞的主要因素是最大拉應(yīng)力，無論何種狀態(tài)，只要最大拉應(yīng)力達(dá)到材料的單向拉伸斷裂時的最大拉應(yīng)力，則材料斷裂。
展開 ANSYS workbench泵殼熱應(yīng)力分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會得到什么：
1、學(xué)習(xí)泵殼的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)線性熱結(jié)構(gòu)耦合分析步的建立
3、學(xué)習(xí)泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 泵殼熱結(jié)構(gòu)耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
