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發動機試驗室安全罩包容性分析

文檔作者：裴偉王萍張冬梅冀樹德伍北軍安宏衛李小娟文檔來源： 1．中國北方發動機研究所 2．中國北方車輛研究所 3．66295部隊4．駐559廠軍事代表室			點擊數：
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第2期(總第199期)
2012年4月
車用發動機
VEH ICLE ENGINE
No．2(Seria1 No．199)
Apr．2012
發動機試驗室安全罩包容-性分析
裴 偉 ，王 萍 ，張冬梅 ，冀樹德 ，伍北軍。，安宏衛 ，李小娟
(1． 中國北方發動機研究所，山西大同037036；2．中國北方車輛研究所，北京 100072；
3．66295部隊，河北保定O71000；4．駐559廠軍事代表室，江蘇無錫214035)
摘要：針對由于渦輪飛散造成的發動機試驗室安全問題，利用Ansysworkbech Autodyn軟件進行非線性結構
動力學分析，計算安全罩包容性。首先根據渦輪典型飛散形式進行輸入分析，簡化仿真模型，降低計算時間；然后
根據現有安全罩厚度利用仿真軟件計算分析其包容性，并計算得出安全罩被擊穿時的臨界厚度；最后通過安全性
評價，確認現有安全罩設計厚度可完全滿足發動機試驗室安全要求。
關鍵詞：渦輪；安全罩；非線性；結構動力學；包容性
中圖分類號：TK427．5 文獻標志碼：B 文章編號：1001—2222(2012)02—0022～04
渦輪增壓器是一種高速回轉機械，輪周速度的
增加必將帶來一系列可靠性問題_1]。增壓器高速運
轉所產生的應力很容易造成結構破壞，一旦出現故
障，不僅將導致整個增壓器在極短時間內遭到破壞，
還可能會損壞發動機和試驗室內昂貴的設備。本研
究利用Ansysworkbech Autodyn軟件，通過簡易算
法，對現有試驗室安全罩進行包容性分析。
1 輸入分析
目前壓氣機葉輪基本上都為銑削成型，鋁錠為
鍛造成型，材質較均勻，不易飛散。即使飛散，由于
壓氣機葉輪為鋁質材料，與渦輪相比較軟、較輕，如
果渦輪飛散不會破壞安全罩，則壓氣機葉輪也不會
破壞安全罩。因此，本研究對象確定為渦輪葉輪，而
渦輪葉輪為鑄造成型，材質較不均勻，且硬度高，飛
散后破壞力極強。渦輪飛散后形狀不均勻，這就給
計算建模帶來了難度。
鑄造葉輪內部始終存在不同程度的鑄造缺陷，
即實際上是有裂紋的口]。通過對多年來的試驗結果
進行觀察和分析，由于受應力集中位置、去重位置、
鑄造缺陷的綜合影響，葉輪飛散往往從渦輪背部延
伸至前段，典型的飛散主要由3個部分組成(見
圖la)。第1部分和第2部分質量較大，屬于飛散
物的主體，約占整個葉輪質量的2／3，第3部分由碎塊
組成，質量較小，全部碎塊約占整個葉輪質量的1／3。
第1
b
圖1 栗增壓器渦輪超速破壞試驗結果
在計算前，首先應確定建模對象。根據公式
Ek— 1 ． V2
， (1)
質量越大，動能(E )越大，所造成的破壞力越大。
圖1a中第3部分是渦輪飛散后再進行多次碰撞的
結果，其質量較小，動能不會太大，因此不會破壞安
全罩，甚至不會破壞渦輪箱；假設速度一致，第2部
分質量最大，顯然破壞力最強，因此取第2部分作為
分析對象(見圖2)，其大小為整個渦輪的1／4～1／3。
收稿日期：2011-11-15；修回日期：2012-04—07
作者簡介：裴偉(1981一)，男，助理研究員，研究方向為發動機試驗測試技術；moderatepw@126．corn。
2012年4月 裴 偉，等：發動機試驗室安全罩包容性分析
圖2 渦輪分析模型
2 計算仿真及模型簡化
利用Ansysworkbech Autodyn軟件進行非線
性結構動力學分析，其計算流程見圖3。
型I H l蜀募l H 票 H 材料l
圖3 非線性結構動力學分析流程
利用Pro／E進行建模，將模型導人Ansys—
workbech；定義單元格類型，進行網格劃分；定義初
速度和邊界載荷；定義材料屬性(見表1_2 )；定義分
析方式、最小步長、初始時間和步長，進行結算和結
果分析 ]。
表1 材料屬性
模型 材料 密度／ 楊氏模量／ 屈服強度／ 剪切模量／
名稱 牌號 g‘cm GPa MPa GPa
渦輪 k418 8 211 735 84
渦輪箱 Q4 0(】一18 7．3 155 250 61
安全罩 Q235一A 7．85 200 235 80
根據計算流程，需定義渦輪飛散物的初速度，可
根據式(2)至式(4)進行計算：
27c·R ·72 ?
一 麗 ’ L J
一1．4nT ， (3)
R一~／z +Y 。 (4)
式中： 為渦輪飛散物線速度；R為質心半徑； 為
增壓器最高工作轉速； 為渦輪飛散轉速；z為質心
橫軸坐標值；Y為質心縱軸坐標值。
已知增壓器最高工作轉速為105 000 r／min，通
過計算，模型質心到旋轉軸的 坐標值為10 mm，Y
坐標值為13．6 mm，再通過上述公式即可計算出渦
輪飛散物線速度為260 m／s。
為提高仿真的可信度，正常情況應將渦輪飛散
物與渦輪箱都導人Ansysworkbech中進行計算，但
由于模型太過復雜，受電腦硬件的限制，只能對計算
模型再進行簡化，為保證簡化后的渦輪飛散物初動
能不變，在初速度不變的情況下，用等質量的子彈模
型進行代替(見圖4)。取渦輪箱最薄厚度
(5．5 mm)，建立一個5．5 mm厚的立方體模型代替
渦輪箱三維模型，而安全罩厚度按實際情況取
4．5 mm
子彈 渦輪箱
圖4 模型簡化
按照圖3的計算流程，利用Ansysworkbech
Autodyn軟件即可計算出結果。
3 計算分析
材料狀態方程采用線性狀態方程：
P — K“ ， (5)
一(p／po)一1。 (6)
式中：K 為材料體積彈性模量；P。為參考密度。
材料強度模型采用Johnson—cook模型，該模型
適用于高速碰撞引起的強烈沖擊載荷問題。主應力
， 和 ，局部屈服條件為
( 1一 2)。+ ( 2一 ) + ( 一 1) 一2Y。， (7)
Y— EA+Be ][1+Clne；][1一 ]。 (8)
式中：y為屈服強度；e。為有效塑性應變；e 為縱
向有效塑性應變率；對比溫度T 一(T 一
298)／(Tm 一298)，即變形溫度與熔點溫度的比。
由上述可知，材料的強度是應變、應變率和溫度
的函數，Johnson—Cook模型假設材料為各向同性，
方程中A，B，C，J和m 為常數，來自于試驗數據。
在Autodyn軟件中定義3個模型材料，計算結
果見圖5和圖6。
由圖5、圖6可知，渦輪飛散物(子彈)以初速度
260 m／s穿過了渦輪箱，穿越后速度為113 m／s，打
在安全罩上，最后卡在安全罩與渦輪箱之間。由此
可見，安全罩在4．5 mm 厚度情況下完全能防護住
渦輪飛散物，其包容性滿足要求。

2012年4月 裴偉，等：發動機試驗室安全罩包容性分析 · 25 ·
析，著重描述了計算模型的簡化方法，并提供了材料
強度模型選擇建議。從工程實踐的角度，該方法大
大降低了計算規模，提高了分析效率，對試驗室安全
罩設計有一定的指導意義。
參考文獻：
[1]
E2]
E3]
[4]
[5]
楊 策，施新．徑流式葉輪機械理論及設計[M]．北
京：國防工業出版社，2004．
查而斯A哈珀．產品設計材料手冊[M]．北京：機械工
業出版社，2003．
施新，王延生．車用發動機渦輪增壓器整體動平衡
[J]．柴油機，2008(2)：45—47．
侯炳麟，朱寶山．超速葉輪殘余變形分析[J]．內燃機學
報，2008，26(1)：84—87．
殷玉恩，靳 榮，張俊躍．某柴油機渦輪增壓器葉輪脫
[6]
[7]
E8]
[9]
[1O]
落故障分析[J]．柴油機，2008(1)：52—53．
劉波瀾，黃英，張付軍，等．車用柴油機加速瞬態過程
控制策略研究[J]．車用發動機，2008(6)：8-19．
Niklas W inkler．Study of Measured and Model—Based
Generated Turbine Performance M aps W ithin a 1D
M odel of a Heavy-Duty Diesel Engine Operated During
Transient ConditionsI C 1．SAE Paper 2007—01 0491．
Bozza F．Gimelli A．U nsteady 1 D Sim ulation of a Tur—
bocharger Compressor[C]．SAE Paper 2009—01—0308．
Jan Macek，CIidrich Vitek．Simulation of Pulsating
Flow Unsteady Operation of a Turbocharger Radial
Turbine[e1．SAE Paper 2008—01-0295．
Jan Macek，Oldrich Vitek，Vit Dolecek． Comparison
of Lumped and Unsteady 1-D M odels for Simulation
of a Radia1 Turbine[e1．SAE Paper 2009—01-0303．
Containment Analysis of Engine Lab Safety Hood
PEI W ei ，W ANG Ping ，ZHANG Dong—mei ，JI Shu—de ，
WU Bei—j un。，AN Hong—wei ，LI Xiao-j uan
(1．China North Engine Research Institute，Datong 037036，China；
2．China North Vchicle Research Institute，Beijing 100072，China；
3．No． 66295 Unit of PLA ，Baoding 071000，China；
4．M ilitary Deputy Department of 559 Factory，Wuxi 214035，China)
Abstract：For the scattering fragments of turbine，the analysis of nonlinear structural dynamics for scattering fragments was
carried out with the Ansysworkbech Autodyn software and the containment of safety hood was calculated．Based on the scatter—
ing modes of fragment，the input analysis was carried out，the model was simplified and the calculation time was also reduced．
Aceording to the existing thickness of safety hood，the containment of safety hood was calculated and analyzed with simulation
software，and the critical thickness of hood breakdown was acquired．Finally，the existing thickness of safety hood was proved
to meet the safety requirements of engine test．
Key words：turbine；safety hood；nonlinear；structural dynamics；containment [編輯：潘麗麗]
(上接第21頁)
Optimizing Calculation and Influencing Factor Analysis on Vibration Inherent
Characteristic of Engine Vibration Isolation System
PAN Yan—liang ，DONG Da—wei ，YAN Bing ，QI Ping
(1．College of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China；
2．China North Engine Research Institute，Datong 037036，China)
Abstract：The inherent characteristic of engine vibration isolation system was theoretically analyzed，the six freedom degrees
decoupling energy theory was introduced and the optimizing design software of engine vibration isolation system was developed．
W ith the software，the analysis of inherent characteristic and the optimization of energy decoupling for the system were carried
out．Considering the deviation between the actual value and design value of suspension components，the deviation of stiffness
parameter for a high decoupling system in every direction was defined as± 20 and the simulation was carried out．The influ—
ence of suspension components stiffness deviation on inherent characteristic was researched．The results would be important for
the vibration isolation design and suspension component process contro1．
Key words：engine；vibration isolation system；inherent characteristic；energy deeoupling [編輯：李建新]

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