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隨著對(duì)履帶裝甲車(chē)輛總體性能需求的不斷提高，整車(chē)質(zhì)量和體積往往也隨之增加，這樣對(duì)車(chē)輛各部件的功率密度也提出了更高的需求。這需要設(shè)計(jì)人員不斷提高車(chē)輛各部件的緊湊性，在確保性能的同時(shí)盡量減小其質(zhì)量和所占空間。作為傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，液力元件是一種典型的旋轉(zhuǎn)葉輪機(jī)械，其高功率密度在現(xiàn)有較為成熟結(jié)構(gòu)形式下，主要體現(xiàn)在高泵輪輸入轉(zhuǎn)速上，而隨著泵輪轉(zhuǎn)速大幅提高，以往成熟設(shè)計(jì)中所采取的結(jié)構(gòu)、材料、工藝等能否適應(yīng)高速工況則需要加以計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，其中進(jìn)行準(zhǔn)確的葉片強(qiáng)度分析對(duì)于液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和高壽命研究是非常必要的。
葉輪機(jī)械葉片受力情況較為復(fù)雜，主要載荷包括離心力、內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)施加的壓力載荷以及傳動(dòng)能量消耗產(chǎn)生的熱應(yīng)力。由于穩(wěn)定工作時(shí)溫度變化不大，因此熱應(yīng)力一般不予考慮。在傳統(tǒng)葉輪強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，由于壓力載荷難以精確施加，往往將葉片視為懸臂結(jié)構(gòu)，將轉(zhuǎn)矩載荷簡(jiǎn)化為均布?jí)毫?chǎng)作用于葉片表面，采用相似計(jì)算法或經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行近似性的校核計(jì)算，并且工作液體壓力同時(shí)施加于葉片的工作面和非工作面，起到相互抵消的作用，其結(jié)果需要結(jié)合離心力計(jì)算結(jié)果，通過(guò)葉片應(yīng)力實(shí)測(cè)結(jié)果修正。對(duì)于形狀扭曲、設(shè)計(jì)較為復(fù)雜的液力變矩器葉片的三維流固藕合分析。
目前國(guó)內(nèi)相關(guān)研究相對(duì)較少，而對(duì)具有直葉片形式的液力偶合器的強(qiáng)度有限元分析也往往將流體壓力簡(jiǎn)化成均布載荷施加到直葉片上，近期針對(duì)液力減速器，將流場(chǎng)分析結(jié)果通過(guò)坐標(biāo)變換、曲面擬合施加到形狀較簡(jiǎn)單的直葉片有限元分析模型上，實(shí)現(xiàn)了較為精準(zhǔn)的液力減速器的葉片強(qiáng)度分析。但對(duì)變矩器的彎曲葉片，采用上述松散的等效均一載荷及間接藕合的方法難以實(shí)現(xiàn)。因此需要結(jié)合液力變矩器內(nèi)部封閉循環(huán)流動(dòng)的特點(diǎn)，將旋轉(zhuǎn)流體機(jī)械流場(chǎng)分析與葉片強(qiáng)度分析緊密結(jié)合直接求解，這種方法基于較為準(zhǔn)確的液力傳動(dòng)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析的強(qiáng)度有限元分析，共用同一葉片實(shí)體并分別構(gòu)建其流體與固體網(wǎng)格模型，與以往等效常值壓力載荷假設(shè)和間接藕合計(jì)算方法相比，能夠較為真實(shí)準(zhǔn)確地反映變矩器葉片表面的受力狀態(tài)，解釋液力元件失效的力學(xué)成因，實(shí)現(xiàn)高性能液力變矩器葉柵系統(tǒng)的性能預(yù)測(cè)。
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