FEM-Variationsmodell für Radialventilatoren unter Fliehkraft

Inhaltsverzeichnis

FEM-Variationsmodell für Radialventilatoren unter Fliehkraft
2D-Geometrie:
3D-Geometrie:
Belastung, Lagerung und Werkstoff
Erforderliche Genauigkeit
Welche Spannungen interessieren
Hauptspannungen S1 + S2
Einsatzgebiet

Schritt 1: Variationsprogramm starten
Geometrie definieren
2D-Geometrie erzeugen
Netz-Schichten erzeugen
Netz: Rotieren und Speichern

Schritt 2: HEX8-Modell importieren

FEM-Analyse

Ergebnisauswertung

FEM-Variationsmodell für Radialventilatoren unter Fliehkraft

Mit diesem FEM-Variationsmodell für Radialventilatoren ist es möglich mit wenigen Parametern-Einstellungen komplexe 3D-Hexaedermodelle für die FEM-Analyse vollautomatisch zu generieren. FEM-Erfahrungen und der Einsatz von sehr teuren 3D-Netzgeneratoren zur FEM-Simulation von Radialventilatoren sind damit nicht mehr erforderlich. Dieses Programm kann selbst von einem Auszubildenden oder Studenten ohne großen Schulungsaufwand bedient werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2D-Geometrie:

- Boden-Innenradius
- Deckel-Innenradius
- Außendurchmesser
- Mittelpunkt Schaufelkrümmung
- Anzahl Schaufeln
- Schaufeldicke

3D-Geometrie:

- Deckel-Bauhöhe
- Schaufel-Bauhöhe
- Boden-Bauhöhe
- Kragen-Bauhöhe

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Belastung, Lagerung und Werkstoff

Die Struktur wird durch Fliehkraft (wird auch als Zentrifugalkraft oder Corioliskraft bezeichnet) belastet, hervorgerufen durch Rotation mit einer Drehzahl von 3000 u/min um die Z-Achse. Das FEM-Modell ist am Innenradius des Bodens in X-, Y- und Z-Richtung gelagert. Der Werkstoff ist Stahl mit einem E-Modul von 210 000 N/mm2 und einer Dichte von 7800 kg/mm3. Die voreingestellten Werte können vom Nutzer bei Bedarf überschrieben werden.

Erforderliche Genauigkeit

Die generierten FEM-Netze bestehen alle aus gleichmäßigen und geraden Hexaeder-Volumenelementen die sich durch eine sehr hohe Genauigkeit auszeichnen.

Es wurde auch der Einsatz von Tetraeder-Volumenelementen mit einem vollautomatischen Netzgenerator geprüft, diese FEM-Netze sind bei diesen geringen Laufrad-Wandstärken von 4 – 10 mm jedoch nicht geeignet.

Welche Spannungen interessieren

Es interessieren die Mises-Vergleichsspannung (nach der Gestaltänderungs-hypothese) sowie die maximale und minimale Hauptspannung S1 und S2 am Außenradius der Laufräder.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

v.Mises-Vergleichsspanung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

( ist immer positiv)

Hauptspannungen S1 + S2

Da die Laufräder senkrecht auf der XY-Ebene stehen müssen die Haupt-spannungen aus der Normalspannung Sigma X und Sigma Z bestimmt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

S1 -> größter Wert ist immer positiv -> Zugspannung

S2 -> größter Wert ist immer negativ -> Druckspannung

Einsatzgebiet

Das Variationsprogramm kann eingesetzt werden zur FEM-Simulation von:

- Radialventilatoren
- Axialventilatoren
- Radialpumpen
- Axialpumpen

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