CN110543722A - 一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法 - Google Patents

一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110543722A
CN110543722A CN201910830454.4A CN201910830454A CN110543722A CN 110543722 A CN110543722 A CN 110543722A CN 201910830454 A CN201910830454 A CN 201910830454A CN 110543722 A CN110543722 A CN 110543722A
Authority
CN
China
Prior art keywords
shell
runner
rotating wheel
thickness
filling units
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910830454.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110543722B (zh
Inventor
吴中竟
吴伟
段昌德
赵永智
朱文吉
程宦
刘德民
廖乾东
罗超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dongfang Electric Machinery Co Ltd DEC
Original Assignee
Dongfang Electric Machinery Co Ltd DEC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dongfang Electric Machinery Co Ltd DEC filed Critical Dongfang Electric Machinery Co Ltd DEC
Priority to CN201910830454.4A priority Critical patent/CN110543722B/zh
Publication of CN110543722A publication Critical patent/CN110543722A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110543722B publication Critical patent/CN110543722B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

本发明涉及模型的轻量化设计技术领域，特别是涉及一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，包括采用“蒙皮壳体+填充单元”的设计方法，填充单元与蒙皮壳体共同形成新的转轮部件。通过本方法，能有效解决现有技术中填充单元之间连接强度低、整体结构不稳定和抽壳不规范的问题。

Description

一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法
技术领域
本发明涉及模型的轻量化设计技术领域，特别是涉及一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法。
背景技术
在现有水轮机模型转轮的设计中，转轮的各部件均会采用实心铸锻件作为毛坯，最终经机械加工、装配、焊接等工序完成整个转轮的加工成型。以混流式转轮为例，其上冠、下环均设计为形状简单的实心回转体，经数控车削后与叶片装配、焊接成整体转轮。
对传统制造工艺而言，其设计越简单，则加工成本越低。当其内部设计有复杂结构时，将导致加工成本呈级数上升，甚至无法实现加工制造。设计复杂的内部结构可以用来减轻转轮重量，以节约一定量的材料成本，但整体的制造成本将会大幅上升，且采用复杂结构设计的转轮强度仍待计算和试验验证，所以转轮各部件依然沿用以往的设计方式，无法达到有效降低制造成本的目的。
而现有技术中，3D打印的成本、加工周期都与部件体积呈正比关系，而与部件的结构复杂程度几乎无关，但是若将模型都设计为实心体，则导致体积庞大，成本高昂，加工周期过长，且容易出现内部缺陷，相比于传统制造则无法发挥其优势。
现有技术中，提出了公开号为CN109049678A，公开日为2018年12月21日的中国发明专利文件，来解决上述存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：一种用于减轻3D打印模具重量的设计方法，该方法包括以下步骤：根据铸造工艺要求设计3D打印模具，并输出3D打印模具的打印数模；对建模后的3D打印模具进行抽壳处理；利用切片程序对抽壳后的3D打印模具进行网格填充；采用缩减式网格对3D打印模具进行分层填充。
上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：
(1)利用网格进行填充，两相邻节点之间仅有一根线相互连接，强度低；上下网格之间连接性不强，结构不可靠，打印出来的内部容易塌陷。
(2)采用循序渐进的方法进行抽壳，抽壳的壁厚不规范且抽壳的效率慢。
(3)没有对填充后的模具进行强度测试，无法判断是否满足试验要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，能有效解决现有技术中填充单元之间连接强度低、整体结构不稳定和抽壳不规范的问题。
本发明是通过采用下述技术方案实现的：
一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在三维软件内对转轮的三维模型进行厚度分析，得到转轮各部分的平均厚度，并选择轻量化范围；
b.在轻量化范围内抽取壳体，形成具有相应厚度的“蒙皮壳体”；
c.利用填充单元在抽取壳体后的空间内形成框架结构，具体为：
c1.测量抽取壳体后的空间大小尺寸，确定填充单元的层数；
c2.按照“先平面再空间”的矩形整列方法排列，在起始平面内，沿长、宽方向均布填充单元，直至与壳体相交并超过壳体；其中，填充单元包括一个节点和若干均匀分布在节点上的连杆，所述连杆另一端的端部至少包括一个平面，相邻填充单元之间通过连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
c3.利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元；
c4.将该平面内的填充单元沿高度方向均布，并利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元，其中上下相邻的填充单元之间通过填充单元的连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
d.将填充完成的填充单元和壳体进行布尔运算求和，得到轻量化的转轮实体；
e.校核轻量化的转轮的强度是否满足要求。
所述节点为球体、正多面体或者不规则体。
转轮内的填充单元的尺寸大于25mm，且填充单元的数量小于200。
步骤e中校核轻量化转轮的强度具体包括以下步骤：
ⅰ建立转轮模型并导入Ansys，设定材料参数；
ⅱ对转轮实体单元进行离散网格划分，并按实际情况进行边界处理；
ⅲ设定该转轮的计算工况、重力载荷和试验水头，执行计算；
iv判断轻量化后的转轮的强度是否满足水力试验需求。
步骤iv中的判断方法具体为：
Pl+Pb+Q＜3Sm，
其中，Pl一次局部应力，Pb为一次弯曲应力，Q为一次薄膜应力与不连续的弯曲应力，Pl+Pb+Q为转轮的最大等效应力为；Sm为设计的参考许用应力，且设计的参考许用应力具体为：
其中，σb为材料的强度极限，σs为材料的屈服极限，Sm为设计的参考许用应力。
步骤a中选择轻量化范围具体指根据转轮的平均厚度、材质、直径以及运行工况来选择。
当采用非金属材料成型转轮时，在正常运行工况下，当转轮直径小于等于400mm时，抽壳后壳体厚度即为8-12mm；当转轮直径大于400mm并小于600mm时，抽壳后壳体厚度即为12-20mm，转轮直径大于600mm时，抽壳后壳体厚度为20mm及以上。
当采用非金属材料成型转轮时，在极端或复杂运行工况下，抽壳后壳体厚度为20mm及以上。
当采用金属材料成型转轮时，在正常运行工况下，当转轮直径小于等于400mm时，抽壳后壳体厚度即为8-12mm；当转轮直径大于400mm时，抽壳后壳体厚度为15mm及以上。
当采用金属材料成型转轮时，在极端或复杂运行工况下，抽壳后壳体厚度为15mm及以上。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
1、本发明采用“蒙皮壳体+填充单元”的设计理念，填充单元与蒙皮壳体共同形成新的转轮部件，成功减轻了转轮重量，又可大幅度降低转轮的体积到18％以上，由此带来加工周期的缩短和加工成本的降低。通过计算校核其强度可靠性，进一步保证转轮的强度满足水力试验，不会在水力试验中出现破损甚至断裂，进而不会给整个试验装置运行带来不安全因素。
本发明中的相邻填充单元之间为面连接，且连接面不止一个，可成型性强，连接强度高，整体结构更加稳定和可靠性强，优于传统的点连接或者线连接。
本发明会根据转轮的平均厚度，选择轻量化的范围，且抽壳是在轻量化范围内进行抽取，抽取后的壳体厚度符合规范的，是满足强度要求的。并且本发明是直接进行抽壳，而不是一步一步慢慢地抽壳，抽壳效率大大提高。
2、节点为球体、正多面体或者不规则体，可以有效增加在节点部分的连接强度。
3、转轮内的填充单元的尺寸大于25mm，且填充单元的数量小于200，避免填充单元过小，导致模型内填充的填充单元过多，浪费3D打印时间，增加加工成本。
4、采用了计算机辅助分析软件Ansys，通过有限元计算校核了轻量化转轮的强度，判断该轻量化转轮的强度是否满足水力试验需求，为最终成功进行了轻量化转轮的3D打印成型与应用奠定了坚实的基础。
5、判断该轻量化转轮的强度是否满足水力试验需求的判断方法简单、高效并且很直接。
6、根据转轮的平均厚度、材质、直径以及运行工况来选择轻量化范围，根据多个影响因素进行选择，更加科学和规范，选择的壳体厚度更加准确，在减轻重量的同时更好地满足强度的需求。
7、通过对不同材质、不同直径和不同的运行工况选择最合适的壳体厚度，使得转轮轻量化的设计效果最好，在最大程度减轻重量的同时更好地满足强度的需求。
具体实施方式
实施例1
作为本发明基本实施方式，本发明包括一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，包括以下步骤：
a.在三维软件内对转轮的三维模型进行厚度分析，得到转轮各部分的平均厚度，并选择轻量化范围；
b.在轻量化范围内抽取壳体，形成具有相应厚度的“蒙皮壳体”；
c.利用填充单元在抽取壳体后的空间内形成框架结构，具体为：
c1.测量抽取壳体后的空间大小尺寸，确定填充单元的层数；
c2.按照“先平面再空间”的矩形整列方法排列，在起始平面内，沿长、宽方向均布填充单元，直至与壳体相交并超过壳体；其中，填充单元包括一个节点和若干均匀分布在节点上的连杆，所述连杆另一端的端部至少包括一个平面，相邻填充单元之间通过连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
c3.利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元；
c4.将该平面内的填充单元沿高度方向均布，并利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元，其中上下相邻的填充单元之间通过填充单元的连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
d.将填充完成的填充单元和壳体进行布尔运算求和，得到轻量化的转轮实体；
e.校核轻量化的转轮的强度是否满足要求。
实施例2
作为本发明一较佳实施方式，本发明包括一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，包括以下步骤：
a.在三维软件内对转轮的三维模型进行厚度分析，得到转轮各部分的平均厚度，并选择轻量化范围；
b.在轻量化范围内抽取壳体，形成具有相应厚度的“蒙皮壳体”；
c.利用填充单元在抽取壳体后的空间内形成框架结构，具体为：
c1.测量抽取壳体后的空间大小尺寸，确定填充单元的层数；
c2.按照“先平面再空间”的矩形整列方法排列，在起始平面内，沿长、宽方向均布填充单元，直至与壳体相交并超过壳体；其中，填充单元包括一个节点和若干均匀分布在节点上的连杆，所述节点为球体、正多面体或者不规则体；所述连杆另一端的端部至少包括一个平面，相邻填充单元之间通过连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
c3.利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元；
c4.将该平面内的填充单元沿高度方向均布，并利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元，其中上下相邻的填充单元之间通过填充单元的连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
d.将填充完成的填充单元和壳体进行布尔运算求和，得到轻量化的转轮实体；
e.校核轻量化的转轮的强度是否满足要求。
其中，填充单元排列的规律也是基于“空间布局适中“和“连接强度可靠”的原则，保证单个填充单元的最长尺寸不小于25mm，否则会造成单元结构过于小，同时保证不填充200个或以上的填充单元，否则内部填充单元过多，将浪费3D打印时间，增加加工成本。
实施例3
作为本发明另一较佳实施方式，本发明包括一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，以某混流式模型转轮为例，该转轮由上冠、下环及15个叶片组成，包括以下步骤：
a.在三维软件内对转轮的三维模型进行厚度分析，其叶片厚度由1mm到11.05mm，平均厚度为4.98mm，最薄处位于叶片出水边，最厚处位于叶片进水边；下环最大厚度为13.22mm，平均厚度10.03mm；上冠最大厚度66.78mm，平均厚度为28.31mm，从减轻重量和保证强度的角度，对壁厚8mm及以上部位选择进行轻量化；
b.在轻量化范围内抽取壳体，形成厚度为8mm且为中空的“蒙皮壳体”；
c.利用填充单元在抽取壳体后的空间内形成框架结构，具体为：
c1.测量抽取壳体后的空间大小尺寸，确定填充单元的层数；
c2.按照“先平面再空间”的矩形整列方法排列，在起始平面内，沿长、宽方向均布填充单元，直至与壳体相交并超过壳体；其中，填充单元包括一个节点和六跟均匀分布在节点上的连杆，所述节点为正多面体，所述连杆另一端的端部包括一个平面，相邻填充单元之间通过连杆上的平面实现面连接；其中，每个填充单元的整体最长长度为30mm，连杆的宽度为5mm，连杆之间的夹角为90°；
c3.利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元；
c4.将该平面内的填充单元沿高度方向均布，并利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元，其中上下相邻的填充单元之间通过填充单元的连杆上的平面实现面连接；
d.将填充完成的填充单元和壳体进行布尔运算求和，得到轻量化的转轮实体；
e.校核轻量化的转轮的强度是否满足要求。
步骤e中校核轻量化转轮的强度具体包括以下步骤：
i建立转轮模型并导入Ansys，设定材料参数；
ii对转轮实体单元进行离散网格划分，并按实际情况进行边界处理；
iii设定该转轮的计算工况、重力载荷和试验水头，执行计算，计算结果如下表所示：
iv判断轻量化后的转轮的强度是否满足水力试验需求：
Pl+Pb+Q＜3Sm，
其中，Pl一次局部应力，Pb为一次弯曲应力，Q为一次薄膜应力与不连续的弯曲应力，Pl+Pb+Q为转轮的最大等效应力为；Sm为设计的参考许用应力，且设计的参考许用应力具体为：
其中，σb为材料的强度极限176MPa，σs为材料的屈服极限，此处不知，Sm为设计的参考许用应力58.67MP。
综合以上计算，分析结论如下：
(1)传统模型转轮的最大等效应力为33.89MPa，轻量化转轮的最大等效应力为35.15MPa，相比传统转轮有小幅增加，但两种模型转轮在试验运行工况下的计算应力均小于许用应力3Sm即176MPa，因此满足应力要求。
(2)轻量化转轮的各部分径向位移相比传统模型转轮均略有增大，经设计判断，该数值位于许可区间。
由此可见，在转轮材料相同的情况下，轻量化后的转轮质量减轻约21％，其在试验运行工况下的应力和径向位移均满足设计要求。
将轻量化前后的上冠和转轮体积对比如下表所示：
由上表可得，通过轻量化设计，将转轮设计成具有一定厚度的“蒙皮壳体+填充单元”的轻量化转轮，单独的上冠减重百分比为37.6％，合并后的转轮也实现了21.6％的减重，即相当于节约了21.6％的制造成本，大幅减轻了转轮重量，并缩短制造周期。
实施例4
作为本发明最佳实施方式，本发明包括一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，包括以下步骤：
a.在三维软件内对转轮的三维模型进行厚度分析，得到转轮各部分的平均厚度，并根据转轮的平均厚度、材质、直径以及运行工况来选择轻量化范围，具体为：
(1)当采用非金属材料成型转轮时，在正常运行工况下，当转轮直径小于等于400mm时，当D≤(8-12)mm时不进行任何抽壳命令；当D＞(8-12)mm时即可对厚度超过(8-12)mm的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度即为(8-12)mm；当转轮直径大于400mm并小于600mm时，当D≤(12-20)mm时不进行任何抽壳命令；当D＞(12-20)mm时即可对厚度超过(12-20)mm的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度即为(12-20)mm；当转轮直径大于600mm时，当D≤20mm时不进行任何抽壳命令；当D＞20mm时即可对厚度超过20mm及以上的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度为20mm及以上，目前国内尚未有超过600mm的非金属转轮成型案例。
当采用非金属材料成型转轮时，在极端或复杂运行工况下，无论何种尺寸的转轮，只对厚度超过20mm及以上的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度为20mm及以上。
(2)当采用金属材料成型转轮时，在正常运行工况下，当转轮直径小于等于400mm时，当D≤(8-12)mm时不进行任何抽壳命令；当D＞(8-12)mm时即可对厚度超过(8-12)mm的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度即为(8-12)mm；当转轮直径大于400mm时，当D≤15mm时不进行任何抽壳命令，当D＞15mm时即可对厚度超过15mm及以上的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度为15mm及以上；目前国内尚未有超过400mm的金属转轮成型案例。
当采用金属材料成型转轮时，在极端或复杂运行工况下，无论何种尺寸的转轮，只对厚度超过15mm及以上的部分进行抽壳，抽壳后壳体厚度为15mm及以上。
b.在轻量化范围内抽取壳体，形成具有相应厚度的“蒙皮壳体”。
c.利用填充单元在抽取壳体后的空间内形成框架结构，具体为：
c1.测量抽取壳体后的空间大小尺寸，确定填充单元的层数，当抽壳后的空间大小尺寸之中，长宽高任一尺寸如L或H≤10mm时，该空间内不填充任何单元，长宽高任一尺寸如L或H＞10mm且≤25-30mm时，可以均布一层填充单元；长宽高任一尺寸如L或H＞30mm时，可以均布有2层或3层或整数层的填充单元；
c2.按照“先平面再空间”的矩形整列方法排列，在起始平面内，沿长、宽方向均布填充单元，直至与壳体相交并超过壳体；
c3.利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元；
c4.将该平面内的填充单元沿高度方向均布，并利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元。
在上述c步骤中，所述的填充单元包括一个节点和若干均匀分布在节点上的连杆，充分考虑到3D打印可成型复杂结构的优势，连杆部分可设计为2到10乃至更多数量的、可向空间中任意方向发散的截面为圆柱形、多边形甚至不规则形状的连杆，两个相邻节点之间可有2个及以上的连杆部分相互连接。所述节点为球体、正多面体或者不规则体。所述连杆最外侧的端部可以修剪成至少一个平面，相邻填充单元之间通过连杆上的平面实现面连接。且单个填充单元的最长尺寸大于25mm，否则会造成单元结构过于小，同时填充单元的数量小于200个，否则内部填充单元过多，将浪费3D打印时间，增加加工成本。
d.将填充完成的填充单元和壳体进行布尔运算求和，得到轻量化的转轮实体。
e.校核轻量化的转轮的强度是否满足要求，具体包括以下步骤：
i建立转轮模型并导入Ansys，设定材料参数；
ii对转轮实体单元进行离散网格划分，并按实际情况进行边界处理；
iii设定该转轮的计算工况、重力载荷和试验水头，执行计算；
iv判断轻量化后的转轮的强度是否满足水力试验需求，若满足要求，则进行轻量化转轮的3D打印成型，最终实现3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计。
步骤iv中的判断方法具体为：
Pl+Pb+Q＜3Sm，
其中，Pl一次局部应力，Pb为一次弯曲应力，Q为一次薄膜应力与不连续的弯曲应力，Pl+Pb+Q为转轮的最大等效应力为；Sm为设计的参考许用应力，而设计的参考许用应力具体为：
其中，σb为材料的强度极限，σs为材料的屈服极限，Sm为设计的参考许用应力。
综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
a.在三维软件内对转轮的三维模型进行厚度分析，得到转轮各部分的平均厚度，并选择轻量化范围；
b.在轻量化范围内抽取壳体，形成具有相应厚度的“蒙皮壳体”；
c.利用填充单元在抽取壳体后的空间内形成框架结构，具体为：
c1.测量抽取壳体后的空间大小尺寸，确定填充单元的层数；
c2.按照“先平面再空间”的矩形整列方法排列，在起始平面内，沿长、宽方向均布填充单元，直至与壳体相交并超过壳体；其中，填充单元包括一个节点和若干均匀分布在节点上的连杆，所述连杆另一端的端部至少包括一个平面，相邻填充单元之间通过连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
c3.利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元；
c4.将该平面内的填充单元沿高度方向均布，并利用壳体边缘修剪掉壳体外部的填充单元，其中上下相邻的填充单元之间通过填充单元的连杆上的平面实现面连接，且连接面不止一个；
d.将填充完成的填充单元和壳体进行布尔运算求和，得到轻量化的转轮实体；
e.校核轻量化的转轮的强度是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：所述节点为球体、正多面体或者不规则体。
3.根据权利要求2所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：转轮内的填充单元的尺寸大于25mm，且填充单元的数量小于200。
4.根据权利要求1或3所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：步骤e中校核轻量化转轮的强度具体包括以下步骤：
ⅰ建立转轮模型并导入Ansys，设定材料参数；
ⅱ对转轮实体单元进行离散网格划分，并按实际情况进行边界处理；
ⅲ设定该转轮的计算工况、重力载荷和试验水头，执行计算；
ⅳ判断轻量化后的转轮的强度是否满足水力试验需求。
5.根据权利要求4所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：步骤ⅳ中的判断方法具体为：
Pl+Pb+Q＜3Sm，
其中，Pl一次局部应力，Pb为一次弯曲应力，Q为一次薄膜应力与不连续的弯曲应力，Pl+Pb+Q为转轮的最大等效应力为；Sm为设计的参考许用应力，且设计的参考许用应力具体为：
其中，σb为材料的强度极限，σs为材料的屈服极限，Sm为设计的参考许用应力。
6.根据权利要求1或5所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：步骤a中选择轻量化范围具体指：根据转轮的平均厚度、材质、直径以及运行工况来选择。
7.根据权利要求6所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：当采用非金属材料成型转轮时，在正常运行工况下,当转轮直径小于等于400mm时,抽壳后壳体厚度即为8-12mm；当转轮直径大于400mm并小于600mm时,抽壳后壳体厚度即为12-20mm,转轮直径大于600mm时,抽壳后壳体厚度为20mm及以上。
8.根据权利要求6所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：当采用非金属材料成型转轮时，在极端或复杂运行工况下,抽壳后壳体厚度为20mm及以上。
9.根据权利要求6所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：当采用金属材料成型转轮时，在正常运行工况下,当转轮直径小于等于400mm时,抽壳后壳体厚度即为8-12mm；当转轮直径大于400mm时,抽壳后壳体厚度为15mm及以上。
10.根据权利要求6所述的一种3D打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法，其特征在于：当采用金属材料成型转轮时，在极端或复杂运行工况下,抽壳后壳体厚度为15mm及以上。
CN201910830454.4A 2019-09-04 2019-09-04 一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法 Active CN110543722B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910830454.4A CN110543722B (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910830454.4A CN110543722B (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110543722A true CN110543722A (zh) 2019-12-06
CN110543722B CN110543722B (zh) 2024-02-23

Family

ID=68711171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910830454.4A Active CN110543722B (zh) 2019-09-04 2019-09-04 一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110543722B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112372247A (zh) * 2020-11-03 2021-02-19 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司 一种冲击式水轮机转轮的改造方法
CN113239420A (zh) * 2021-04-24 2021-08-10 共享智能铸造产业创新中心有限公司 3d打印产品轻量化设计方法及3d打印产品

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105608275A (zh) * 2015-12-23 2016-05-25 南京航空航天大学 一种用于模型轻量化三维打印的打印路径的生成方法
CN109290571A (zh) * 2018-08-28 2019-02-01 湖南省军合科技有限公司 一种3d 打印巡飞弹的轻量化设计与制造方法
CN110175423A (zh) * 2019-05-31 2019-08-27 无锡职业技术学院 一种3d打印模型的几何修正方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105608275A (zh) * 2015-12-23 2016-05-25 南京航空航天大学 一种用于模型轻量化三维打印的打印路径的生成方法
CN109290571A (zh) * 2018-08-28 2019-02-01 湖南省军合科技有限公司 一种3d 打印巡飞弹的轻量化设计与制造方法
CN110175423A (zh) * 2019-05-31 2019-08-27 无锡职业技术学院 一种3d打印模型的几何修正方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴中竟: "水轮机模型转轮增材制造的关键技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112372247A (zh) * 2020-11-03 2021-02-19 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司 一种冲击式水轮机转轮的改造方法
CN113239420A (zh) * 2021-04-24 2021-08-10 共享智能铸造产业创新中心有限公司 3d打印产品轻量化设计方法及3d打印产品

Also Published As

Publication number Publication date
CN110543722B (zh) 2024-02-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110543722B (zh) 一种3d打印水轮机模型转轮的轻量化设计方法
CN104408260B (zh) 一种潮流能水轮机叶片翼型设计方法
US20200325947A1 (en) Designing lattice structures for heat dissipation devices
CN112287447B (zh) 钢结构框架结构智能优化系统及方法
CN112084589A (zh) 基于轴面流速控制的轴贯流式水轮机转轮叶片优化方法
CN105205261A (zh) 水下自航行器外形优化方法
CN109063405A (zh) 一种基于形貌优化的空调顶盖板加强筋设计方法
CN110705093A (zh) 一种轻质点阵结构参数化建模及数据轻量化处理方法
CN108170942A (zh) 一种螺栓连接结构的有限元建模系统及方法
CN103559361B (zh) 一种构件强度的优化方法及其应力分析方法
CN106021827A (zh) 一种考虑气动载荷的风力机叶片内部结构拓扑设计方法
CN103150444A (zh) 一种基于两层面承载安全性的工程结构设计与优化方法
CN110990951A (zh) 一种直升机外形设计方法
CN115391953A (zh) 一种航空发动机中圆弧端齿连接结构强度评估方法
CN107423488A (zh) 一种平面胎架图自动生成系统及方法
CN211074729U (zh) 一种用于填充3d打印模型的结构件
CN112052641B (zh) 大规模集成电路版图非结构网格偏心中点生成方法和系统
CN108875104A (zh) 一种绑扎式发电机定子端部有限元建模方法
CN102849217A (zh) 一种机翼油箱通气口布局方法
CN108454878B (zh) 一种模块化无人直升机的装配方法
CN103116681B (zh) 基于大型风力发电叶片的阳模模具系统的载荷分布计算方法
CN115195934B (zh) 一种加肋波纹蛋形耐压壳及其加工方法
CN104699913A (zh) 一种风力发电机组主机架强度计算方法
CN106295079A (zh) 一种变矩器的优化设计方法
CN106997405A (zh) 一种壁板焊接机械铣三角形网格加筋结构快速有限元建模方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant