钣金型液力变矩器疲劳寿命模拟仿真与实验研究

　　液力变矩器是工程机械传动系统中的关键部件之一，其主要作用是将发动机的动力平稳、高效地传递到终传动，钣金型液力变矩器以其制造精度高、成本低、体积小、工作性能好、适合大批量生产的特点，逐渐代替了传统的铸造型液力变矩器[1 -2]。但是，相对于其他机械装置变矩器，其工作机理比较特殊，内部受力状态非常复杂，传统的方法对变矩器的疲劳寿命很难较为准确地进行分析，加上没有专门针对变矩器工作状态下进行疲劳实验的条件，变矩器的寿命计算问题一直没有得到解决[3]。为此，针对现有某型号钣金型液力变矩器，根据文献[4]借助仿真软件FLUENT 建立了钣金型液力变矩器内部流场的仿真模型，运用此模型计算得出壳体( 泵轮和涡轮) 的加载力，然后使用有限元软件MSC. Partran 和MSC. Nastran 计算得出壳体的应力应变分布云图，最后将应力应变分布云图提交给MSC. Fatigue 获得壳体的全寿命对数云图，通过对寿命对数云图的分析，预测了变矩器的疲劳寿命，并通过压力循环实验和动态下的耐久性实验对壳体疲劳寿命做了进一步分析研究，并验证了仿真结果。

　　1 钣金型液力变矩器的疲劳寿命仿真与分析

　　疲劳破坏是工程结构和机械失效的主要原因之一，引起疲劳失效的循环载荷的峰值往往远远小于根据静态断裂分析估算出来的“安全”载荷，因此开展结构的疲劳寿命研究有着重要的意义。钣金型液力变矩器疲劳寿命分析的难点是，变矩器是流道封闭的透平机械，涡轮、导轮和泵轮三级叶栅按各自的转速转动，导致了变矩器内部受力状态异常复杂，从而决定了对变矩器疲劳寿命研究的复杂性。

　　1. 1 变矩器内部流场数值计算仿真模型的建立

　　变矩器内流场仿真模型的建立是对变矩器壳体进行疲劳寿命分析的基础，根据文献[4]利用FLUENT软件建立了内流场仿真模型。

　　由于工作油液在液力变矩器中的流动十分复杂，首先对液力变矩器内流场仿真做了6 点基本假设[5 -6]。在基本假设的基础上，通过逆向工程获得流道模型，将UG 中生成的流道模型导入Gambit 软件进行网格划分，最后进行控制方程、湍流模型选择并对边界条件、收敛准则进行设定。实际数值模拟过程中，通过多次调整松弛因子变量值，达到了较好的收敛效果。

　　1. 2 变矩器壳体三维模型的建立

　　变矩器壳体的三维模型是通过逆向工程获得的。首先采用三坐标测量仪扫描得到变矩器的各个工作轮壳体内外表面的坐标，形成点云，然后将点云进行拟合，通过UG 软件进一步加工和造型，可以得到三维几何模型。