涡旋压缩机下底盖屈服变形分析.pdf

Academic
学术
涡旋压缩机下底盖屈服变形分析
301700丹佛斯(天津)有限公司天津郝则胜
关键词涡旋压缩机有限元屈服变形
摘要:
为了预测不同厚度涡旋压缩机下底盖在工作压力下产生的屈服变形,对5台涡旋压缩机进行工作压力试验井记录下底盖屈服变形。通过
对下底盖材料(DD13)进行拉伸试验确定该材料的应力一应变曲线。使用 Zeiss三坐标测量机对下底盖横截面厚度进行测量,获得下底盖横
載面厚度分布。使用有限元方法对现行厚度下底盖进行计算模拟井与实验值对比验证,然后预则不同原度下,涡旋压缩机下底盖的屈服变形值
使得新下底盖刚度满足许用要求。结果表明:有限元方法模拟屈服变形与实验结果获得良好匹配,预测不同厚度下底盖屈服变形结果可信,效
率高,成本低。
引言
的曲线[2]如下图所示:
某型号涡旋压缩机存在正常工作压力条件
下,下底盖屈服变形超过允许变形量的问题。
过大屈服变形会直接影响到压缩机安装和运行
噪声。因此,提高涡旋压缩机下底盖刚度,减
小其屈服变形十分重要。
三
传统的通过制作样机并实验的方法周期长,
费用高。例如,制作一个不同厚度的下底盖所
需冲压模具的制作时间是3个月左右,费用为
15万元左右。如果改进的厚度不能满足要求,
下底盖横截面厚度尺寸分布
重新制作样机的周期和费用会加倍。
由于下底盖是冲压成型,在结构曲率半径
通过有限元方法进行屈服变形计算模拟,
图2DD13应力-应变曲线
越小的地方,截面厚度缩小越严重[5-6]。本文
在设计初期,不需要制备样件,因此有效地缩从图2应力应变曲线图可以看出:DD13材定义截面厚度缩小率v,可表示为
短周期,降低成本。
料屈服强度为250Mpa,抗拉强度为363WMpa。当
V=t1
1.材料拉伸试验
材料应力超过屈服应力时,材料发生屈服变形,
式中:v为截面厚度缩小率;t1为冲压后
1.1.拉伸样件制备
随着屈服应力的增加,屈服变形逐渐增加,发截面厚度:t0为冲压前截面厚度。
依据GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验进生应变强化现象。
本文假定下底盖厚度变化后,截面厚度缩
行样件制备[]。本文使用D13材料制备两个
当应力逐渐增加到材料抗拉强度后,材料小率保持不变来近似计算不同厚度下底盖屈服
样件,如下图所示:
应力不再随应变的增加而增加,此阶段试件材变形值
料发生缩颈现象
2.1.2.下底盖简化模型
通过拉伸试验得到的应力应变曲线不能直
下底盖分割成5部分,如下图所示:
接应用到有限元方法中,需要对材料应力应变
曲线中,应力随应变降低的部分进行平滑处理
图1D13拉伸实验样件
[3-4],得到下图所示应力一应变曲线:
1.2.实验设备与环境
实验设备与环境如下表所示:
表1实验设备与环境表
300
设备环境
内容
图5下底盖简化模型
设备号
TCC-FW-001
每一部分使用等效厚度如下表所示:
Nasts Stan Imm"-1
表2下底盖等效厚度尺寸表
设备名,商标,材料试验机, Wick 7200
型号
序号
度
截面厚度收缩率
图3下底盖简化模型
2.有限元模型
4.45
0.989
温度:23.8C,相对湿
2.1.下底盖模型
4.25
0.944
环境条件
度:22%
2.1.1.下底盖模型尺寸测量
3
4.5
使用 Zeiss三坐标测量机对下底盖横截面
4
4.3
0.956
1.3.材料应力一应变曲线
厚度进行测量,获得下底盖横截面厚度分布,
4.38
0.973
通过材料拉伸实验,整理得到应力-应变如下图所示图4
区域3厚度为下底盖原材料钢板厚度的名义
中国机械 Machine China7
Acdae Ic
学术
值,截面厚度缩小率v为1
通过有限元方法模拟计算,获得了先行厚于允许值得下底盖厚度满足条件。
2.2.网格化分及边界条件
度涡旋压缩机下底盖工作状态时的总体变形,
2.2.1.网格化分
图7所示。下底盖工作状态时的总体变形分为
采用壳单元进行单元网格化分,在曲率半下底盖弹性变形和下底盖屈服变形两个部分。
4/214)0
径较小的区域如区域2,4,5(图5所示)网格在压缩机工作压力卸载后,下底盖弹性变形消
化分要比较密集,其他区域网格化分稀疏。
失,其屈服变形保留,图8所示。
0444T
1125
Type: Total Deformation
024t6
20B/261:35
634
20979ax
图9厚度5m下底屈服变形
0.90575
0,67931
0.45288
0.22644
Fetal Deformscns
图6网格化分示意
20142211
图6给出了网格化分模式,共有34879个
0.T99.12 Mai
单元,35112个节点。
2.2.2.边界条件
图7工作压力下总变形
0,199
.1597
对区域1,2,4,5(图5所示)施加工作压力。
D.119
e: Total Deformation
以载荷步的实行施加:第一步载荷步施加工作
压力:第二步载荷步施加0压力载荷。以确定
2014326123
1.3633NMa
卸载后下底盖屈服变形大小。
对区域3(图5所示)施加固定位移约束。
0.90885
图10厚度5,5m下底盖屈服变形
3.结果与分析
0.6059
图9所示。厚度5mm下底盖屈服变形为
3.1.实验数据与计算结果对比
0.30295
0.57mm,超过允许值。图10所示。厚度5.5m
0,15148
3.1.1.实验数据处理
下底盖屈服变形为0.36mm,小于允许值,满足
使用 Leiss三坐标测量机对实验前后,下
要求。企业选用名义厚度为5.5mn的下底盖厚
底盖的空间位置进行测量。得出下底盖在压力
度作为改进后的厚度。
试验后与压力试验前屈服变形的差值,即下底
图8工作压力消除后屈服变形
4.结论
盖屈服变形值,如下表所示:
通过有限元方法模拟计算,获得下底盖屈
4.1.通过有限元方法进行屈服变形分析,
表3下底盖屈服变形实验数据表
服变形值得大小为1.36m,与实验获得的下在准确获得材料应力ー应变曲线和模型特征参
序「压カ实验「はカ实验「用服变形门底盖屈服変形平均值d(1.41m)相差0.05数的前提下,能够与实际实验结果匹配良好。
(mm)
后(mm)
mm,刚好等于下底盖屈服变形均方差SDY。
4.2.通过有限元方法进行屈服变形分析,
1
9.823
11.170
1.347<