增壓器葉輪的案例
利用CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）提高渦輪增壓器葉輪的金屬3D打印質(zhì)量
關(guān)于檢測(cè)與算法的結(jié)合如何用到產(chǎn)品的質(zhì)量管理上，本期谷.專欄特別推薦materialise的一篇案例《利用CT（計(jì)算機(jī)斷層掃描）提高渦輪增壓器葉輪的金屬3D打印質(zhì)量》 。
為金屬部件尋找正確的工藝參數(shù)
質(zhì)量是當(dāng)下增材制造行業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，企業(yè)正通過大力投資數(shù)字化解決方案來改進(jìn)質(zhì)量。過去的幾年里，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面我們看到了很多的進(jìn)步，但每個(gè)專業(yè)的金屬3D打印工程師都知道，目前還有不少問題需要解決，才能夠?qū)?fù)雜部件的質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)證。本期，通過分享Materialise 3D打印葉輪的案例，來領(lǐng)略復(fù)雜零部件質(zhì)量認(rèn)證與控制的思路與方法。
渦輪增壓器通常用于提高諸如汽車上的內(nèi)燃機(jī)（ICE）的效率和功率輸出。渦輪增壓器通常包含安裝在公共軸上的兩個(gè)葉輪：其中一個(gè)葉輪用作渦輪，而另一個(gè)葉輪用作壓縮。
圖片：渦輪增壓器中的兩個(gè)葉輪，來源Materialise
在運(yùn)行過程中，葉輪高速旋轉(zhuǎn)并處于高溫下，出現(xiàn)疲勞是一個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題。采用增材制造設(shè)計(jì)的部件相比鑄造部件質(zhì)量更輕，能實(shí)現(xiàn)葉輪更高的轉(zhuǎn)速和更好的性能。最小化孔隙率并實(shí)現(xiàn)具備嚴(yán)格幾何公差的精準(zhǔn)制造對(duì)于確保部件的長(zhǎng)期運(yùn)行至關(guān)重要。
在用3D打印制造葉輪時(shí)，需要明確兩個(gè)目標(biāo)：
第一個(gè)目標(biāo)是最大限度地減少打印過程中的熱形變，并確保部件的對(duì)稱性。不對(duì)稱的葉輪會(huì)導(dǎo)致效率降低，在最壞的情況下還可能造成災(zāi)難性的損壞。
第二個(gè)目標(biāo)是保持低孔隙率；Materialise的目標(biāo)是讓葉輪的密度高于99.9％。這對(duì)于做過減重優(yōu)化的零件尤為重要，因?yàn)橄鄬?duì)來說孔隙率對(duì)疲勞壽命影響更大。
為了實(shí)現(xiàn)3D打印葉輪的這些質(zhì)量目標(biāo)，Materialise與Volume Graphics合作，該公司提供對(duì)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和可視化的軟件。
展開 FC部件|基于 CFD 仿真的燃料電池離心空壓機(jī)葉輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)
離心空壓機(jī)通過葉輪的高速旋轉(zhuǎn)對(duì)工質(zhì)進(jìn)行做功,持續(xù)輸出壓縮空氣,離心空壓機(jī)的性能主要由其中的葉輪決定。燃料電池空壓機(jī)葉輪與傳統(tǒng)車用渦輪增壓器葉輪的設(shè)計(jì)需求差別較大,傳統(tǒng)渦輪增壓器葉輪需要較寬的流量范圍;而燃料電池所需要的離心空壓機(jī)需要較高的壓比,不需要過寬的流量范圍。
1 葉輪的設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)方法
高性能葉輪的葉片是復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮到氣動(dòng)性能與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,還要考慮加工工藝,以便于進(jìn)行側(cè)銑加工,總體設(shè)計(jì)難度較大。葉輪設(shè)計(jì)基本有兩種方式:(1)根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)全新設(shè)計(jì);(2)對(duì)現(xiàn)有葉輪進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。
全新設(shè)計(jì)葉輪需要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo),首先從一維設(shè)計(jì)軟件中預(yù)測(cè)基本的幾何參數(shù),再通過三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)性能進(jìn)行優(yōu)化。全新設(shè)計(jì)葉輪需要很長(zhǎng)的時(shí)間周期,而且設(shè)計(jì)難度較大。在工程開發(fā)上多采用第二種方式,即對(duì)現(xiàn)有葉輪重新設(shè)計(jì)并進(jìn)行優(yōu)化。
文中采用第二種方式,對(duì)現(xiàn)有某車用渦輪增壓器葉輪進(jìn)行快速設(shè)計(jì),以達(dá)到燃料電池離心空壓機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)需求。
展開 雙渦輪增壓技術(shù)解析
雙渦輪增壓是渦輪增壓的方式之一。針對(duì)廢氣渦輪增壓的渦輪遲滯現(xiàn)象，串聯(lián)一大一小兩只渦輪或并聯(lián)兩只同樣的渦輪，在發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速的時(shí)候，較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，減小渦輪遲滯效應(yīng)。
在雙渦輪增壓的汽車上會(huì)看到2組渦輪通過串聯(lián)或者并聯(lián)的方式連接。并聯(lián)指每組渦輪負(fù)責(zé)引擎半數(shù)汽缸的工作，每組渦輪都是同規(guī)格的,它的優(yōu)點(diǎn)就是增壓反應(yīng)快并減低管道的復(fù)雜程度。
使用雙渦輪增壓，就是采用2個(gè)相互獨(dú)立的渦輪增壓器的增壓系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在2個(gè)渦輪增壓器的共同作用時(shí)，進(jìn)氣效率大幅提升，增壓效果更加顯著，動(dòng)力性得到很大提升。在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，只有一個(gè)低速渦輪工作，這時(shí)較少的排氣即可驅(qū)動(dòng)這只渦輪高速旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生足夠的進(jìn)氣壓力，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升以后，高速渦輪工作繼續(xù)進(jìn)入高增壓值的狀態(tài)，提供一個(gè)連貫的強(qiáng)勁動(dòng)力。
雙渦輪增壓技術(shù)在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性的同時(shí)，可以改善渦輪增壓的“遲滯現(xiàn)象”。但是，雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)并不能完全消除“渦輪遲滯”現(xiàn)象，畢竟，渦輪增壓器葉輪的慣性作用依然存在。在實(shí)際使用中，雙渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)通常都裝備在直列6缸或V型等排量較大的發(fā)動(dòng)機(jī)上。
展開 MAN主機(jī)渦輪增壓器排氣葉片損傷故障原因分析
1、MAN NR34/S主機(jī)渦輪增壓器的工作原理
柴油機(jī)增壓器運(yùn)行中，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸上的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)吸入空氣并壓縮，壓縮后的空氣壓力增大，通過空氣冷卻器冷卻后進(jìn)入氣缸，空氣壓力和密度增大可以增加柴油主機(jī)的輸出功率。
NR34/S增壓器包含一個(gè)一級(jí)徑流式廢氣葉輪和一個(gè)一級(jí)徑流式壓氣葉輪,整個(gè)轉(zhuǎn)子通過2個(gè)滑動(dòng)軸承支撐。
廢氣葉輪與轉(zhuǎn)子軸是整合一體的，近氣壓縮葉輪通過外部鎖緊螺母裝配到轉(zhuǎn)子軸上。
圖1 NR34/S型增壓器整體結(jié)構(gòu)
NR34/S型增壓器整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，在柴油機(jī)的運(yùn)行中，柴油機(jī)燃燒后的廢氣進(jìn)入排煙總管后，從①位置進(jìn)人增壓器廢氣渦輪入口，經(jīng)過廢氣渦輪入口的噴嘴環(huán)②葉片導(dǎo)向，推動(dòng)廢氣渦輪③轉(zhuǎn)動(dòng)，之后廢氣進(jìn)入尾端的排煙管⑤排到大氣中。
在廢氣渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)，新鮮空氣通過進(jìn)氣濾器(6.1)、 消 音 器(6.2) 進(jìn)人進(jìn)氣渦輪⑧，通過進(jìn)氣渦輪的轉(zhuǎn)動(dòng)壓縮空氣，壓縮后的空氣通過擴(kuò)壓器⑨和壓氣機(jī)外殼①進(jìn)入進(jìn)氣管內(nèi)。
增壓器轉(zhuǎn)子軸承箱里有兩個(gè)軸承支撐整個(gè)轉(zhuǎn)子，一個(gè)滑動(dòng)軸承，一個(gè)推力軸承，推力軸承靠近壓氣機(jī)葉輪側(cè)，起到定位及支撐作用。
兩個(gè)軸承通過公用管線提供潤(rùn)滑油。
展開 
汽車三元催化增壓器知識(shí)
主要是用三元催化器， 三元催化器的載體部件是一塊多孔陶瓷材料，安裝在特制的排氣管當(dāng)中。稱它是載體，是因?yàn)樗旧聿⒉粎⒓哟呋磻?yīng)，而是在上面覆蓋著一層鉑、銠、鈀等貴重金屬和稀土涂層。是安裝在汽車排氣系統(tǒng)中最重要的機(jī)外凈化裝置。
原理
三元催化器的工作原理是:當(dāng)高溫的汽車尾氣通過凈化裝置時(shí)，三元催化器中的凈化劑將增強(qiáng)CO、碳?xì)浠衔锖蚇Ox三種氣體的活性，促使其進(jìn)行一定的氧化-還原化學(xué)反應(yīng)，其中CO在高溫下氧化成為無色、無毒的二氧化碳?xì)怏w;碳?xì)浠衔镌诟邷叵卵趸伤?H20)和二氧化碳;NOx還原成氮?dú)夂脱鯕狻ＨN有害氣體變成無害氣體，使汽車尾氣得以凈化。前提是還有氧氣可用，空燃比要合理。
保養(yǎng)
由于中國(guó)的燃油品質(zhì)普遍較差，燃油中含有硫、磷以及三元催化所使用的抗爆劑MMT中含有錳，這些化學(xué)成分在燃燒后隨著廢氣的排出，會(huì)在氧傳感器表面和三元催化器內(nèi)部形成化學(xué)絡(luò)合物。另外，由于駕駛員的不良駕駛習(xí)慣，或者長(zhǎng)期行駛在擁堵路面，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于不完全燃燒狀態(tài)，會(huì)在氧傳感器和三元催化器內(nèi)形成積炭。此外，國(guó)內(nèi)很多地區(qū)使用乙醇汽油，這種汽油有很強(qiáng)的清洗作用，會(huì)將燃燒室內(nèi)的積垢清洗但不能分解燃燒，因此隨著廢氣的排放這些污垢也會(huì)沉積在氧傳感器表面和三元催化器內(nèi)。正是由于諸多因素，使得汽車在行駛一段里程后，除了會(huì)在進(jìn)氣門和燃燒室內(nèi)產(chǎn)生積炭外，還會(huì)造成氧傳感器和三元催化器中毒失效、三元催化器堵塞以及EGR閥被沉積物阻塞卡滯等故障，造成發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常，造成油耗增加、動(dòng)力下降和尾氣超標(biāo)等問題。
傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)定期保養(yǎng)僅限于潤(rùn)滑系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)以及燃油供給系統(tǒng)的基本養(yǎng)護(hù)，卻無法滿足現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、燃油供給系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的全方位保養(yǎng)要求，特別是排放控制系統(tǒng)保養(yǎng)的要求。因此車輛即使長(zhǎng)期正常保養(yǎng)，也難以避免上述問題的產(chǎn)生。
展開 應(yīng)用CFD提高增程式電動(dòng)車的渦輪增壓器的效率
另外，使用低排量發(fā)動(dòng)機(jī)造成的功率限制也促使ACR研究渦輪增壓以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。在此期間，ACR引入了熱流體分析工具來幫助他們開發(fā)新的渦輪增壓器。ACR首席執(zhí)行官兼總裁Hiroshi Matsuoka先生建議使用計(jì)算仿真作為設(shè)計(jì)工具，近年來人們對(duì)技術(shù)水平大幅提升的仿真工具越來越有信心。
Kishishita先生和他的團(tuán)隊(duì)最初使用了一家外國(guó)公司開發(fā)的CFD工具，但沒有將該工具應(yīng)用到他們的設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)椴僮髌饋硖щy。松岡先生建議使用具有 強(qiáng)大本地支持的軟件，這將使他們能夠快速解決問題，最后他們選擇了Cradle CFD。
設(shè)計(jì)高效的渦輪增壓器
圖3: EREV渦輪增壓器
圖4：渦輪增壓器的渦輪
Kishishita先生的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種渦輪增壓器，它將比日本Kei微型車中的世界上最小的渦輪增壓器更有效率。ACR渦輪增壓器將只使用典型的Kei微型汽車渦輪增壓器的三分之一的流量。(圖3和圖4) 。
展開 用SolidWorks畫葉輪推進(jìn)器裝配體里的葉輪零件
葉輪
圖紙
繪圖視頻
建模步驟
應(yīng)用CFD提高增程式電動(dòng)車的渦輪增壓器的效率
另外，使用低排量發(fā)動(dòng)機(jī)造成的功率限制也促使ACR研究渦輪增壓以增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。在此期間，ACR引入了熱流體分析工具來幫助他們開發(fā)新的渦輪增壓器。ACR首席執(zhí)行官兼總裁Hiroshi Matsuoka先生建議使用計(jì)算仿真作為設(shè)計(jì)工具，近年來人們對(duì)技術(shù)水平大幅提升的仿真工具越來越有信心。
Kishishita先生和他的團(tuán)隊(duì)最初使用了一家外國(guó)公司開發(fā)的CFD工具，但沒有將該工具應(yīng)用到他們的設(shè)計(jì)過程中，因?yàn)椴僮髌饋硖щy。松岡先生建議使用具有強(qiáng)大本地支持的軟件，這將使他們能夠快速解決問題，最后他們選擇了Cradle CFD。
設(shè)計(jì)高效的渦輪增壓器
圖3: EREV渦輪增壓器
圖4：渦輪增壓器的渦輪
Kishishita先生的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種渦輪增壓器，它將比日本Kei微型車中的世界上最小的渦輪增壓器更有效率。ACR渦輪增壓器將只使用典型的Kei微型汽車渦輪增壓器的三分之一的流量。(圖3和圖4) 。
圖5：用模擬方法評(píng)估渦輪增壓器葉片的幾何形狀。
ACR的工程師使用Cradle CFD來確定渦輪增壓器轉(zhuǎn)子葉片的最佳幾何形狀，最佳設(shè)計(jì)產(chǎn)生了一個(gè)理想的出口角，以獲得高效率。計(jì)算機(jī)模型中使用了大約600萬個(gè)網(wǎng)格元素(圖5) 。分析結(jié)果顯示，渦輪增壓器的效率隨著出口角的減小而增加。通過使出口角達(dá)到最小值，使流出損失最小化，這最大限度地減少了摩擦損失和能量轉(zhuǎn)化為熱量，從而提高了效率(圖6 ) 。
展開 『轉(zhuǎn)貼』大眾公司新雙增壓器TSI發(fā)動(dòng)機(jī)探密
在廢氣渦輪增壓器單獨(dú)工作的時(shí)候，控制氣門開啟。這種情況下，空氣沿著同傳統(tǒng)渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)一樣的路徑通過前冷凝器和節(jié)流閥進(jìn)入進(jìn)氣歧管。
通過安裝在水泵中的一個(gè)整合了電磁離合器的模塊，壓縮機(jī)才能夠工作。在渦輪增壓的條件下，離合器會(huì)使壓縮機(jī)脫離聯(lián)系。
雙增壓器所產(chǎn)生的最大壓力是在1500轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的2.5bar。 是在壓力達(dá)到1.53bar時(shí)，由廢氣渦輪增壓器和機(jī)械super增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。在0轉(zhuǎn)速條件下，壓縮機(jī)單獨(dú)產(chǎn)生的壓力應(yīng)該在1.8bar左右。
通過旁路氣門的連續(xù)開啟，快速響應(yīng)的渦輪增壓器能夠使壓縮機(jī)的壓力提早降低。在低壓控制下，壓縮機(jī)的運(yùn)行能夠被限制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)， 從而減少燃料的消耗量。
實(shí)際上，這也就意味著壓縮機(jī)只是在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到2400rpm以后，才需要工作來產(chǎn)生相應(yīng)的壓力。廢氣渦輪增壓器主要是在高動(dòng)力輸出的條件下達(dá)到更高效的水平并在中等動(dòng)力輸出的情況下提供足夠的壓力。
為了提高速度，自動(dòng)的壓力控制器可以在壓縮機(jī)需要牽引力的時(shí)候增加壓力，在只需要渦輪增壓器工作就可以滿足需求的條件下，關(guān)閉壓力。在速度下降到低速范圍內(nèi)的時(shí)候，壓縮機(jī)會(huì)再次打開來提供動(dòng)力。
展開 經(jīng)緯恒潤(rùn)新產(chǎn)品系列 | 電動(dòng)增壓器eBooster
產(chǎn)品特性
· 額定電壓：400 V ~800V
· 額定功率：3~10kW
· 峰值功率：7~20 kw
· 最高轉(zhuǎn)速：100000~150000 rpm
· 控制器最高效率 >98.5%
· 防護(hù)等級(jí)：IP67，IP69
· 冷卻方式：水冷
產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)
· 噪聲小
· 集成化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊
· 提升燃油經(jīng)濟(jì)性，降低排放
· 可進(jìn)一步縮小發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸
· 快速投入，無遲滯效應(yīng)
· 符合ISO 26262，滿足ASIL-C
經(jīng)緯恒潤(rùn)eBooster展示視頻
目前，經(jīng)緯恒潤(rùn)電動(dòng)增壓器eBooster已經(jīng)完成了臺(tái)架驗(yàn)證、可靠性驗(yàn)證，并在國(guó)內(nèi)某主機(jī)廠進(jìn)行了實(shí)車調(diào)試，預(yù)計(jì)在2023年第三季度量產(chǎn)，市場(chǎng)容量可達(dá)20億，將是經(jīng)緯恒潤(rùn)新能源系列主打產(chǎn)品之一。未來，經(jīng)緯恒潤(rùn)將緊跟汽車行業(yè)發(fā)展大勢(shì)，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，努力為國(guó)內(nèi)外客戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)，為汽車工業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量！
展開 借助轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析評(píng)估渦輪增壓器設(shè)計(jì)
在生活中，人們經(jīng)常用 turbocharged（渦輪增壓）這個(gè)詞來形容一種精神百倍的狀態(tài)，比如 turbocharged 咖啡比一杯普通咖啡更加提神。但渦輪增壓器的真正功能不是提升精神，而是提升速度；不是在清晨的咖啡杯中，而是在內(nèi)燃機(jī)中發(fā)揮作用。渦輪增壓器利用渦輪實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制進(jìn)氣，它通常使用流體動(dòng)力軸承作為支撐。然而，軸承會(huì)自然產(chǎn)生可導(dǎo)致負(fù)阻尼和系統(tǒng)故障的交叉耦合軸承力。借助轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模，你可以分析交叉耦合軸承力給渦輪增壓器設(shè)計(jì)帶來的影響。
什么是渦輪增壓器？
渦輪增壓器通過迫使額外的空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室來增加內(nèi)燃機(jī)的效率和功率輸出。這種裝置通常應(yīng)用于基本交通運(yùn)輸方式中，例如汽車（包括燃?xì)鈩?dòng)力和柴油車）和摩托車，也應(yīng)用于大型的交通工具，例如火車、輪船、飛機(jī)和航天器。
航天器推進(jìn)系統(tǒng)中的渦輪增壓器的剖面圖。圖片由 Quentin Schwinn（美國(guó)宇航局）提供，此作品在美國(guó)處于公有領(lǐng)域，通過 Wikimedia Commons 分享。
在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，支撐渦輪增壓器的流體動(dòng)力軸承中存在的交叉耦合力在轉(zhuǎn)子中通常起負(fù)阻尼作用。負(fù)阻尼會(huì)增加軸承失效的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際上整個(gè)系統(tǒng)的故障風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)增大。如果車輛發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪增壓器發(fā)生故障，汽車可能會(huì)起火。
為了設(shè)計(jì)能夠平穩(wěn)運(yùn)行的渦輪增壓器，你可以使用“轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模塊”進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析，此模塊屬于“結(jié)構(gòu)力學(xué)模塊”和 COMSOL Multiphysics? 軟件的附加產(chǎn)品。
COMSOL? 軟件中適用于渦輪增壓器設(shè)計(jì)的 2 種研究
該示例中的簡(jiǎn)單渦輪增壓器模型包含一個(gè)渦輪機(jī)、一個(gè)壓縮機(jī)和兩個(gè)流體動(dòng)力軸承：
“轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)模塊”提供了兩個(gè)專用于渦輪增壓器建模的功能，方便用戶創(chuàng)建幾何模型以及物理場(chǎng)和研究設(shè)置。
適用于渦輪增壓器模型的兩種轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究。
展開 
基于SimSolid的渦輪增壓器配機(jī)試驗(yàn)的減振分析
Turbo-trail vibration simulate based on SimSolid.pdf
分析簡(jiǎn)介：
分析目標(biāo)：由于試驗(yàn)需要，增加 EGR 系統(tǒng)及適配器，導(dǎo)致整個(gè)系 統(tǒng)伸出量很長(zhǎng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行試驗(yàn)過程中，估計(jì)會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)幅度 過大和零部件失效。試通過計(jì)算找出強(qiáng)度薄弱位置，和伸出端的 支承建議方案。
分析手段和類型：1）靜力分析，快速找出結(jié)構(gòu)薄弱位置；2）模態(tài)分析及隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)分析，對(duì)比各個(gè)支承方案的減振效果。
具體分析結(jié)果：見附件。
使用心得：
簡(jiǎn)潔高效，減少工程師對(duì)工具熟悉和建模的工作量，人工效率和計(jì)算效率都極大的提升。我在3天之內(nèi)一邊學(xué)習(xí)一邊嘗試十多種設(shè)計(jì)方案的求解，這是傳統(tǒng)有限元即使是熟練工程師都難以做到的。
特別適用于大規(guī)模復(fù)雜裝配體，對(duì)幾何缺陷和裝配容差的容忍度較高。這在傳統(tǒng)有限元中是非常大的挑戰(zhàn)。
精度方面做過一些案例對(duì)比，總體分布趨勢(shì)和數(shù)量級(jí)和傳統(tǒng)有限元結(jié)果差別不大，局部會(huì)有較大差異，但仍不失為一款優(yōu)秀的CAE工具，尤其在產(chǎn)品概念階段或定性分析是一個(gè)非常強(qiáng)大高效的工具。
在數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出及結(jié)果后處理功能上還有待完善。
祝愿SimSolid功能日益強(qiáng)大，早日拓展到電磁、聲學(xué)等多物理場(chǎng)分析。也希望數(shù)據(jù)處理功能更完善簡(jiǎn)潔，讓CAE更簡(jiǎn)單高效，讓工程師脫離枯燥繁重的建模工作，更多注意力在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和優(yōu)化上。
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ANSYS | 渦輪增壓器零件結(jié)構(gòu)分析
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Toyota Motorsports 通過 Fidelity 提高渦輪增壓器壓縮機(jī)效率
專門從事賽車發(fā)動(dòng)機(jī)的高科技開發(fā)，渦輪增壓器組件已經(jīng)是最先進(jìn)的。為了進(jìn)一步提高性能，豐田必須依靠傳統(tǒng)的試錯(cuò)程序和原型之外的東西，因?yàn)檫@些東西的周轉(zhuǎn)時(shí)間太長(zhǎng)了。與手動(dòng)實(shí)現(xiàn)相比，數(shù)值優(yōu)化使工程師能夠探索和評(píng)估更多的設(shè)計(jì)備選方案。
轉(zhuǎn)向數(shù)值優(yōu)化的另一個(gè)原因是，壓縮機(jī)葉輪的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)非常接近它們所用材料的結(jié)構(gòu)-機(jī)械極限。大多數(shù)形狀變化會(huì)立即導(dǎo)致超出可接受的壓力水平。僅考慮空氣動(dòng)力學(xué)行為的優(yōu)化并不能保證最終設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上也是可行的。需要同時(shí)進(jìn)行包括空氣動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)力分析在內(nèi)的優(yōu)化。換句話說：將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) (CFD) 與計(jì)算結(jié)構(gòu)力學(xué) (CSM) 模擬相結(jié)合的多學(xué)科優(yōu)化。
耦合 CFD-CSM 工作流程
本文將介紹用于廢氣渦輪增壓器的離心式壓縮機(jī)的多學(xué)科 CFD-CSM 優(yōu)化。所研究的壓縮機(jī)級(jí)包括一個(gè)帶六個(gè)主葉片和六個(gè)帶無葉片擴(kuò)散器的分流葉片的徑向葉輪。要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)空氣熱力學(xué)目標(biāo)、一個(gè)結(jié)構(gòu)力學(xué)目標(biāo)和兩個(gè)空氣動(dòng)力學(xué)目標(biāo)：
增加等熵效率
相同或更高的絕對(duì)總壓比
與原始幾何形狀相同的扼流圈質(zhì)量流量
向失速裕度方向擴(kuò)展操作范圍
最大 von Mises 應(yīng)力低于極限
CFD 和 CSM 模擬被集成到 Cadence 的Fidelity Optimization中的單一優(yōu)化工作流程中。每個(gè)新設(shè)計(jì)首先由 CSM 求解器進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢查，只有那些不超過最大 von Mises 應(yīng)力的設(shè)計(jì)才會(huì)被納入更耗時(shí)的 CFD 過程。結(jié)構(gòu)上不可接受的設(shè)計(jì)被輸入到學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)中以驅(qū)動(dòng)優(yōu)化器。
參數(shù)化和網(wǎng)格劃分
共有 154 個(gè)參數(shù)定義了葉輪、經(jīng)向通道和實(shí)體。然而，定義葉輪輪轂殼的參數(shù)與基本設(shè)計(jì)保持不變，以排除許多結(jié)構(gòu)機(jī)械不可行的設(shè)計(jì)。并且為了進(jìn)一步減少自由參數(shù)的數(shù)量，也沒有修改沿弧度曲線的厚度分布。
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