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沖壓轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件，如何實(shí)現(xiàn)對沖壓轉(zhuǎn)子在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的強(qiáng)度分析則極為必要。一般來說，靜力學(xué)分析能夠保證一個(gè)機(jī)構(gòu)可以承受一定的穩(wěn)定載荷，但當(dāng)機(jī)構(gòu)受到運(yùn)動(dòng)載荷時(shí)，就需要對其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。
常見的分析軟件主要是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS和有限元分析軟件ANSYS。然而這兩種軟件也各有其局限性：前者分析對象以剛性體模型為主，后者以柔性體模型為主。實(shí)際上，把機(jī)構(gòu)當(dāng)作剛性系統(tǒng)來處理，分析時(shí)不考慮其變形情況，這在大多數(shù)情況下可以滿足要求，而在一些需要考慮構(gòu)件變形的特殊情況下，完全把模型當(dāng)作剛性系統(tǒng)來處理時(shí)就不能達(dá)到精度要求了，必須把模型的部分構(gòu)件當(dāng)成可以產(chǎn)生變形的柔性體來處理。
對于旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件—沖壓轉(zhuǎn)子而言，應(yīng)該考慮其變形情況，因?yàn)檫@直接影響到氣體的流速、流向、壓力等問題，從而影響了旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及效率。因此，為得到?jīng)_壓轉(zhuǎn)子的考慮變形情況在內(nèi)的動(dòng)態(tài)載荷，避免在有限元分析中考慮邊界條件的麻煩，也為使得計(jì)算結(jié)果具有實(shí)時(shí)性，更具有參考價(jià)值，本研究將ANSYS與ADAMS兩個(gè)軟件結(jié)合使用，充分利用兩者的優(yōu)點(diǎn)及兩種軟件間數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憷瓿蓻_壓轉(zhuǎn)子的有限元分析。為了判斷得到影響沖壓轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的主要因素，本研究首先分析了沖壓轉(zhuǎn)子在僅受機(jī)械載荷時(shí)的應(yīng)力分布情況，在此基礎(chǔ)上完成了其機(jī)械-氣動(dòng)-熱力耦合分析。
在盡可能保留原有結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，對沖壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的簡化，并選取鋁合金作為沖壓轉(zhuǎn)子的材料，其彈性模量2.1Xe5，泊松比0.33，密度7850kg/m3，建立沖壓轉(zhuǎn)子的有限元模型如圖所示。通過ANSYS對沖壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行模態(tài)分析，得到包含零件材料、節(jié)點(diǎn)、單元和模態(tài)信息的模態(tài)中型文件。同時(shí)，本研究采用Solidworks作為建模工具，完成旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)模型的建立，采用Parasolid格式導(dǎo)入到ADAMS中用以形成旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)虛擬樣機(jī)，如圖所示，再將在ANSYS中生成的模態(tài)中性文件導(dǎo)入到ADAMS中，生成柔性沖壓轉(zhuǎn)子，并替換剛性沖壓轉(zhuǎn)子。通過動(dòng)力學(xué)仿真得到旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在完成加速-勻速-減速一個(gè)工作循環(huán)過程中的動(dòng)態(tài)載荷，并將其以FEAloads形式導(dǎo)出，為后續(xù)的有限元分析作以準(zhǔn)備。
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