多列式压缩机主机运动件刚柔耦合仿真研究

最近有不少工程师朋友和我们分享CAE的经验和知识,把在平时工作中关于CAE仿真的感悟、心得和技巧通和大家分享，下面是一篇来自石油机械研究院李新年的文章，文中对ANSYS中MBD多体技术的实际应用有着非常好的见解，是一篇非常值得我们借鉴的好文。

高速往复活塞式压缩机其活塞运动速度高，曲轴转速达1000rpm，结构复杂，活塞杆的最大载荷可达十几吨。如大功率、大排量天然气压缩机为六列活塞对称布置，虽然活塞成对组成，受力平衡对称，但活塞对曲轴的作用点不同，且每列活塞杆的作用力的大小不同，各自呈周期性变化。就对曲轴来说，其受力就比较复杂，在一个转动周期内，各列活塞的作用力大小方向，跟随时刻发生变化。用单纯的静态几何结构进行应力校核计算比较复杂。故需要用刚柔耦合仿真来分析，对运动件进行至少一个周期的时程刚柔耦合求解，来观察运动件受力变化情况及最大应力、应变区域，更为准确地仿真压缩机运动件的受载情况，进而验证其设计性能。

刚体动力学软件Recurdyn与Ansys软件的技术融合，能在Ansys MBD模块中进行刚体分析，并提取每个时刻步的载荷进行强度分析，也可转到Recurdyn View中来提取各件的运动曲线和其它动力学特性曲线。

在Ansys软件中对多刚体的动力心关系设置完后，进行求解，导出sdk格式，转入到Recurdyn软件中进行刚柔混合时程分析，求出一个周期内零件的等效应力变化情况，同时找出零件等效应力最大的时刻值。

在对称布置的二级六列活塞压缩机中，针对二级二列连杆进行仿真分析，在Recurdyn软件中，通过观查一个周期内连杆的最大应力值变化情况，可以找到期间的最大值122.81MPa对应的时刻为0.0845秒，如下图

图1 二级二列连杆在运动过程中的应力变化

还回到ansys软件中，在MBD模块选取二级二列那个连杆实体，再选取(Time Instant for Load Transfer)瞬时时刻点（time=0.0845 sec）来提取载荷。

Ansys系统会自动建立LT Time Instant=0.0845 sec时刻的静力结构分析模块流程，进入Model界面中，点击LoadTransfer选择 Set FE Boundary Cond来加载上面提取的实体和载荷信息，导入到分析步中。再对连杆进行有限元网格划分，静态结构求解结果，如下图

图2 二级二列连杆在0.0845秒时等效应力云图

最大应力值为124.42MPa，这一结果与Recurdyn所计算的结果相差不大，位置也大致相同。

综述，利用Ansys和Recurdyn软件进行运动结构件的动力学和有限元联合仿真分析，能更好地验证结构零件设计的有效性。

通过Recurdyn软件的刚柔耦合分析可以得到运动零件在整个运动周期的应力变化与运动情况，可以动态观察零件在运动过程中的应力变化，同时可以对所关注的部位进行特别关注，可对应力突变的部位和时刻进一步用有限元的方法进行校核。

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