20世纪90年代国内开始使用不锈钢离心泵，由于该泵具有节材环保、清洁美观、性能良好、生产率高等优点，广泛应用于农业、医药、船舶、锅炉给水等行业的液体输送、增压及冷、热水循环。冲压焊接叶轮是不锈钢离心泵内的核心部件，其结构的可靠性对整个机组的安全运行有着重要的影响，因此，对冲压焊接叶轮的有限元分析计算及结构优化越来越受到人们的重视。准确地对冲压焊接叶轮进行强度分析可为叶轮的结构设计及寿命延长提供依据。
      目前对于离心泵叶轮强度的计算大多基于经验和统计分析，一般采用近似方法。这些方法对流场压力载荷作了极大简化，只能粗略估算叶轮上的应力，无法得到叶轮上的应力分布特征，也无法准确求得最大应力的发生位置。这样得到的计算结果和叶轮实际工作情况有较大出入。另一方面，对在液下高速旋转的叶轮进行应力测试难度较大，只能测量特定部位的应力，并且测量结果也无法应用于同系列其他叶轮。有限元方法及应用软件的发展使得叶轮强度的准确计算成为可能，而且模型无需过多简化。根据计算结果可以详细了解叶轮的应力状态和变形情况。因此采用有限元方法同时考虑流场压力载荷对冲压焊接叶轮进行强度分析是完全可行的，并有其实际意义。
      为准确计算冲压焊接叶轮在流场中的受力及变形情况，采用单向流固耦合方法对叶轮耦合系统进行求解计算。通过对不锈钢离心泵内的全流场计算，得到不同工况下叶轮所承受的流场压力载荷，进而对冲压焊接叶轮进行有限元分析，重点分析叶轮在不同工况下的应力及变形情况。
      流固耦合力学是流体力学和固体力学交叉而生成的一门力学分支。它主要研究固体在流场作用下的各种行为以及固体变形或运动对流场的影响。流固耦合问题的求解，本质上应根据统一的耦合方程，在一个时间步内对流体域和固体域中所有的未知量同时求解，即强耦合方法。由于计算机计算能力及求解精度的不同，目前还存在其他的相应求解策略，如弱耦合或单向耦合。相对离心泵内流场尺寸，冲压焊接叶轮在流场中的变形微小，故本文采用单向流固耦合方法求解，忽略固体变形对流场的影响。
      采用有限元方法对流体域和结构域进行离散，基于统一耦合方程及其凝聚方式，单向耦合的求解步骤如下：首先对流场元素进行求解；根据求解的流场元素，将更新后的流体矢量传递给结构，结合耦合界面信息求解结构元素。单向耦合控制方程及推导过程详见文献。
      选取某XZS32-160/30型端吸离心泵为计算对象，其设计参数如下：进口直径 Ds=50 mm，出口直径Dd=32 mm，设计流量Qd=12.5 m3/h，设计扬程Hd=32 m，转速n=2900 r/min。冲压焊接叶轮的进口直径Dj=53.4 mm，出口直径D2=166 mm，出口宽度b2=5 mm，前盖板厚度d1=1.6 mm，后盖板厚度d2=2 mm，叶片流面厚度s=1.5 mm，叶片数为6。叶片与前、后盖板之间经焊接工艺形成叶轮整体，其焊接之前各部件几何模型如图所示。
      由于离心泵内部流动的非对称性，使叶轮在流场中受力相当复杂。为准确地得到叶轮在流场中的压力载荷，对叶轮耦合系统采用整场离散、整场求解的方法进行分析。
      流体计算模型由叶轮进口延伸及前泵腔、叶轮、蜗壳、后泵腔内流体组成。利用 Workbench中的网格划分模块CFX-Mesh对流体进行四面体网格划分，在近壁面区进行网格加密，加密层数为5，增长率为1.3，网格总数为931254，节点数为274787。

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