液体火箭发动机涡轮结构强度数值仿真

1144766066 · 发表于 2022-4-29 16:31:46

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雅宝题库解析：
涡轮是液体火箭发动机涡轮泵的关键部件，由于工作环境恶劣，其可靠性在整个发动机可靠性中占有重要地位。目前，随着计算机技术的发展，用数值模拟方法研究涡轮结构强度已成为改进和优化涡轮设计的一个重要手段。本文以工程应用为背景，总结了一套适用于涡轮等旋转机械强度分析的有限元列式，并编写了适用于循环对称结构的三维有限元分析程序，为液体火箭发动机涡轮的结构设计提供了理论依据和技术保障。本文推导了圆柱坐标下的几何方程和物理方程，讨论了单元刚度矩阵和等效载荷在圆柱坐标下的有限元列式，在引入循环对称边界条件时，可避免对总刚进行坐标变换，极大地简化了有限元编程和提高了程序的求解效率，为循环对称结构的强度分析提供了新的思路。在理论分析的基础上，本文用Fortran语言编写了适用于循环对称结构的有限元强度分析程序。程序采用了多种线性方程求解器，以适应不同规模的求解模型，其中，预条件共轭梯度法结合了直接法和迭代法的优点，通过降低系数矩阵的条件数达到提高收敛速度的目的，可有效提高方程求解效率。为了实现计算数据的可视化，本文采用Tecplot进行后处理，可直观地显示结构的变形、位移及应力分布。文中以空心圆盘和某型反力式涡轮作为算例，通过与ANSYS的数值解进行对比，验证了本文算法及程序的准确性，证明程序具有较高的精度和较好的可靠性，满足液体火箭发动机涡轮结构强度的工程应用。

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