● 摘要
涡轮泵是泵压式液体火箭发动机的主要部件之一，其工作转速高、工作环境恶劣，是出现故障较多的部件，对涡轮泵结构进行强度与振动特性分析有着重要的理论意义与工程应用价值。本文针对涡轮泵构件建立了振动特性分析的有限元计算方法。本文首先采用三维八节点六面体单元在Marc中对涡轮泵主要构件叶轮和涡轮盘的实体模型进行了网格划分，建立了有限元模型。根据涡轮泵构件的结构特点和工作性质，对涡轮泵构件受力进行了简化，主要考虑了高速旋转引起的离心力，同时还考虑了重力和温度的影响。引入适当的边界条件，采用子空间迭代法，利用FORTRAN语言编制了整体结构的振动特性分析程序，分别求解了涡轮叶片的固有频率和不同载荷产生的预应力作用下的动频率，比较了动频率与固有频率的差异，总结了变化规律。根据涡轮泵构件形状与载荷循环对称的特点，引入循环对称边界条件，又编制了适用于循环对称结构的振动特性分析有限元程序，对实际涡轮盘扇形子结构进行振动特性分析，得到其固有频率和动频率。对实际涡轮泵叶轮的大型循环对称扇区有限元网格模型，使用通用有限元分析软件ANSYS，分别进行了强度与振动特性分析。本文开发的有限元计算程序通过理论算例和工程算例的验证以及与ANSYS软件的对比，结果吻合良好，证明了此有限元程序具有较好的通用性和较高的计算精度，有工程实际应用前景。