增压器压气机叶轮有限元静强度分析

山西中北大学机械与动力工程学院　王文礼　张保成

增压器压气机叶轮有限元静强度分析

山西中北大学机械与动力工程学院王文礼张保成

增压器压气机叶轮是内燃机的重要零部件之一，对于内燃机的性能有着至关重要的作用。本文利用有限元分析方法，对某型号车用涡轮增压器压气机叶轮建立有限元模型，对叶轮在离心载荷作用下的应力状态进行数值模拟，对于增压器压气机叶轮的设计及优化有着重要的指导意义。

内燃机；压气机；叶轮；静强度

1压气机叶轮三维及有限元模型

将三维模型导入有限元前处理软件ANSA中，选择Solid 92二次单元进行网格划分，建立了计算所用的压气机叶轮周期对称有限元计算模型，节点数425925个，实体单元数目342243个。压气机叶轮周期对称网格模型如图1所示：

图1　压气机叶轮周期对称网格模型

2压气机叶轮计算结果分析

（1）凸台高度对叶轮结构强度的影响

对于该型号增压器压气机叶轮，为了分析轮背上凸台高度对整个压气机轮的强度影响，保证凸台其它参数不变的情况下，改变凸台的高度，看其强度变化规律，并分析其是否满足强度要求，具体模型尺寸如下：

①凸台高度为0（h=0mm）；

②凸台高度将为原模型的一半（h=1. 135mm）；

③凸台高度不变，即原模型（h=2. 27mm）。

计算结果如图2、图3所示：

图2　最大应力分布曲线图

图3　最大变形量曲线图

由von Mises等效应力变化曲线图可以得出，当凸台高度降低到原高度的1/2时，von Mises等效应力增大了约4.87%；当将整个凸台去掉后，von Mises等效应力增大了约21.30%，此时叶轮已不能满足强度要求。由此可以得到如下结论：该叶轮的凸台设计较合理，而且随着凸台高度的降低，叶轮受到的von Mises等效应力有逐渐增大的趋势，若将整个凸台去掉（凸台高度为0mm）时，von Mises等效应力为220.243MPa。因为220.243MPa＞［σ0.2］215MPa，所以该种情况下叶轮不能满足强度要求。

3结论

从上面的分析可以看出，随着凸台高度的降低，叶轮受到的von Mises等效应力有逐渐增大的趋势，若将整个凸台去掉（凸台高度为0mm）时，该种情况下叶轮不能满足强度要求。

［1］王航，郭然，康顺.增压器压气机级多目标气动优化设计 ［J］.内燃机工程，2010，05：41-46.

［2］张虹，马朝臣.车用涡轮增压器压气机叶轮强度计算与分析 ［J］.内燃机工程，2007，01：62-66.

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