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渦輪蝸桿接觸區(qū)域的網(wǎng)格細(xì)化，給蝸桿角位移進(jìn)行齒嚙合

圖1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)與內(nèi)部渦輪盤 本文從有限元仿真分析的角度出發(fā)，定義了W12C r4V5C o5(T15）高速鋼拉刀與F G H95高溫合金工件材料的本構(gòu)參數(shù)模型，根據(jù)Advant Edge仿真運(yùn)行結(jié)果，從仿真云圖和數(shù)值提取兩個(gè)方面分別探究了不同微觀刃口大小的拉刀在特定拉削工況下的溫度、應(yīng)力、切削力及工件材料流動(dòng)趨勢(shì)的影響，最后結(jié)合上述物理量的討論得出了系列結(jié)論。

而要想對(duì)渦輪軸斷裂條件下的發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行仿真，需建立能夠能夠模擬氣流參毫秒時(shí)間量級(jí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的性能模型。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)過渡態(tài)性能建模進(jìn)行了一定研究 [ 9?12]，在此基礎(chǔ)之上，筆者團(tuán)隊(duì)建立了針對(duì)空氣系統(tǒng)強(qiáng)瞬變過程的控制方程及模塊化仿真模型，并仿真分析了某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪軸斷裂失效條件下的空氣系統(tǒng)強(qiáng)瞬變過程 [13]。

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。

利用 ANSYS Fluent 動(dòng)態(tài)網(wǎng)格進(jìn)行渦輪泵仿真的方法

渦輪增壓機(jī)，葉片的轉(zhuǎn)速是28,000 RPM，空氣進(jìn)口溫度是302.6K，進(jìn)口流量是1500 SCFM，壓力出口總壓是153507 Pa。渦輪增壓器的網(wǎng)格劃分分成3部分：進(jìn)風(fēng)管道、葉片和蝸殼。分別獨(dú)立劃分網(wǎng)格，需要在交界面處網(wǎng)格加密，有利于交界面的數(shù)據(jù)精確傳遞。

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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3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師你會(huì)得到什么：1、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿的三維模型處理2、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置3、學(xué)習(xí)非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步的建立4、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加案例介紹：所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.

Torsen差速器在這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻扮演“守護(hù)者”的角色，由于渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，只能蝸桿帶動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿不能反過來帶動(dòng)渦輪，因此左右半軸會(huì)瞬間鎖死，防止打滑的驅(qū)動(dòng)輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而幫助汽車恢復(fù)牽引力，保證行駛安全。三、運(yùn)動(dòng)工況 1）在直線行駛工況下，車輛平穩(wěn)前進(jìn)，兩驅(qū)動(dòng)輪均保持良好的抓地力。此時(shí)，Torsen差速器發(fā)揮其核心功能，將發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的扭矩均勻分配至左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪。

蝸桿速度驅(qū)動(dòng)函數(shù)和蝸輪反向轉(zhuǎn)矩函數(shù)根據(jù)多工況加載條件利用STEP函數(shù)編寫。選擇RecurDyn 的動(dòng)力學(xué)分析，輸入仿真時(shí)間為31.1 s，進(jìn)行蝸輪蝸桿動(dòng)力學(xué)仿真。通過對(duì)蝸輪蝸桿仿真結(jié)果的分析，尼龍蝸輪在齒根處產(chǎn)生應(yīng)力集中，與理論分析結(jié)果一致，并得到齒根處在不同工況下的應(yīng)力值，如圖6所示。

其渦輪機(jī)械解決方案涵蓋 U-RANSRANS 流量仿真、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、多塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、高保真度仿真、結(jié)構(gòu)分析、初步設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)優(yōu)化等多種方法。

在渦輪機(jī)行業(yè)，用流體冷卻渦輪葉片是常見的做法 流經(jīng)冷卻孔。由于刀片中的溫度梯度， 會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致葉片失效。 在典型的熱應(yīng)力分析中，溫度被計(jì)算出來，然后應(yīng)用為 應(yīng)力分析的荷載條件。雖然可以解決 溫度通過對(duì)共軛傳熱進(jìn)行建模 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué) （CFD） 代碼，它需要大量的 計(jì)算資源。CFD 的降階模型，假設(shè)一維流 通過孔，可以提供一種廉價(jià)的解決方案，而不會(huì)造成重大損失 準(zhǔn)確性。

在我們自己的仿真框架中重復(fù)使用Ansys SCADE應(yīng)用軟件模型有助于推動(dòng)更可靠、更優(yōu)異的仿真，最終讓我們推出更具競(jìng)爭力的風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)。” Ansys產(chǎn)品高級(jí)副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys SCADE幫助Vestas開發(fā)客戶在風(fēng)力渦輪機(jī)設(shè)計(jì)中所需的先進(jìn)、復(fù)雜的軟件，讓設(shè)計(jì)更容易符合IEC 61508等相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。

通過對(duì)渦輪機(jī)械工藝解決方案中的應(yīng)力、應(yīng)變、能量損失、壓力變化和流動(dòng)模式進(jìn)行全面分析，CFD 仿真可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化以提高機(jī)器效率。 渦輪機(jī)械是現(xiàn)代工程的重要組成部分；它的用途包括航空航天、發(fā)電和汽車應(yīng)用。壓縮機(jī)、渦輪機(jī)和泵等渦輪機(jī)械過程解決方案使能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式以及在不同組件之間傳輸這些能量變得更加容易。

寫在前面仿真、模擬、有限元分析、多物理場(chǎng)……這些術(shù)語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術(shù)原理和演進(jìn)趨勢(shì)，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。

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通過對(duì)渦輪機(jī)械工藝解決方案中的應(yīng)力、應(yīng)變、能量損失、壓力變化和流動(dòng)模式進(jìn)行全面分析，CFD 仿真可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化以提高機(jī)器效率。 渦輪機(jī)械是現(xiàn)代工程的重要組成部分；它的用途包括航空航天、發(fā)電和汽車應(yīng)用。壓縮機(jī)、渦輪機(jī)和泵等渦輪機(jī)械過程解決方案使能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式以及在不同組件之間傳輸這些能量變得更加容易。

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