题目：涡轮泵结构静强度有限元数值仿真

涡轮泵是泵压式液体火箭发动机最易发生故障的部件之一，涡轮泵的结构强度分析对发动机的优化设计，稳定运行有着重要的理论与实际意义。本文以工程应用为背景，建立了一套适合于涡轮泵强度的分析模型和计算方法。本文根据涡轮泵的结构特点和工作性质，采用相应的轴对称等参元和三维实体单元，对涡轮泵相关部件进行了参数化建模和网格划分，并以三维八节点六面体单元为例，介绍了有限元分析理论。分别针对涡轮和泵做了受力分析，根据涡轮泵工作环境的复杂性，对所受的力进行合理简化，主要考虑了离心力、重力、气动力、液压力及温度应力，由分析需要建立了整体和循环对称两种力学模型，综合固定边界条件和循环对称边界条件，分别推导了两种模型的总体结构刚度矩阵，并实现了约束条件坐标系转换。利用上述理论与计算模型采用FORTRAN语言编制了相应的有限元程序，建立了涡轮泵组件专用的造型、网格自动划分、静特性分析、后处理一体化有限元分析系统。本文开发的有限元程序，分别采用了二维等带宽，一维变带宽，高斯-约当稀疏矩阵三种求解器，可根据结构单元和节点编号特点合理选择，有效地降低系统的自由度，使计算工作量减少。为方便比较计算结果，本文同时建立了程序与ANSYS的数据接口，采用了ANSYS软件进行了强度计算，通过多个理论算例和工程算例的考核，对比ANSYS计算结果，证明了程序具有较好的通用性，较高的精度和较强的可靠性，为实际工程应用及液体火箭发动机安全运行提供理论依据和建议。