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(lián)網(wǎng)

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(yōu)化設(shè)計魚雷用低噪聲海水泵,利用工程仿真技術(shù)集成平臺ANSYSWorkbench對魚雷用低噪聲海水泵關(guān)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(guān)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(jié)構(gòu)的持續(xù)動力學特性。該分析結(jié)果可為低噪聲海水泵的設(shè)計及試驗提供理論支持,對于縮短研發(fā)周期、節(jié)省試制費用和提高設(shè)計質(zhì)量有一定的參考作用。

關(guān)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(jié)構(gòu)自身的工作特點所產(chǎn)生的壓力脈動會沿著海水的流動通路傳遞, 引起相關(guān)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(shù)、側(cè)板設(shè)置卸荷槽、提高齒輪加工精度[3]及在泵出口設(shè)置減振管[2]等方法。

魚雷用低噪聲海水泵則通過采用內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵的結(jié)構(gòu)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(yōu)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(shù)遠低于外嚙合齒輪泵。

目前, 針對內(nèi)嚙合齒輪泵的研究主要集中在某個零件及單個結(jié)構(gòu)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(xié)同CAE(computer aided engineering)仿真環(huán)境不但繼承了ANSYS經(jīng)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(jié)構(gòu)進行仿真, 通過對相關(guān)結(jié)構(gòu)進行靜力學及動力學分析, 為工程設(shè)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(jié)論

文中利用ANSYS Workbench對低噪聲海水泵關(guān)鍵零部件進行了靜力學與動力學仿真, 獲得了泵在仿真現(xiàn)實工況下的力學特性, 通過仿真分析得出如下結(jié)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(tài)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(tài)振型, 分析可知, 泵在工作中不存在由于輸入轉(zhuǎn)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(xù)動力學特性。

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(以上內(nèi)容詳見《魚雷技術(shù)》2016-3期P217-221)

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