叶片式流体机械的数字化设计与制造PDF电子书下载

第0章　绪论 1

0.1　叶片式流体机械及其产品开发过程 1

0.2　叶片式流体机械产品开发与数字化技术 3

0.3　数字化设计与制造技术的相关概念 6

0.4　叶片式流体机械数字化技术的现状与发展趋势 11

0.5　叶片式流体机械的数字化关键技术与本书的结构 13

主要参考文献 15

第一部分　叶片式流体机械的流体动力学数字化设计 18

第1章　叶轮的流体动力学数字化设计 18

1.1　叶轮流体动力学数字化设计的任务 18

1.2　叶轮的流体动力学设计理论与方法 19

1.2.1　叶轮的流体动力学设计理论及其发展 19

1.2.2　叶轮流体动力学初步数字化设计中的设计方法选择 21

1.3　基于性能预测的叶轮流体动力学数字化设计方法 27

1.3.1　基于性能预测的叶轮流体动力学优化设计思想 27

1.3.2　基于性能预测的叶轮流体动力学数字化设计过程 28

1.4　叶轮流体动力学数字化设计技术的发展 29

1.5　混流式转轮的流体动力学数字化设计软件开发 31

1.5.1　转轮设计参数的确定 31

1.5.2　转轮轴面流道形状的设计 33

1.5.3　确定计算流面的数字化方法 34

1.5.4　轴面流速和轴面流线的数值计算方法 35

1.5.5　叶片骨面的数字化设计方法 38

1.5.6　流面上叶型加厚的数值方法 42

1.5.7　叶片设计结果的表达方式 44

1.6　商业通用叶轮数字化设计软件介绍 44

主要参考文献 47

第2章　蜗壳的流体动力学数字化设计 50

2.1　蜗壳的作用与分类 50

2.2　水轮机蜗壳流道的数字化设计 50

2.2.1　水轮机蜗壳的流体动力学设计理论 50

2.3.2　水轮机蜗壳流道的数字化设计模型 51

2.3.3　水轮机蜗壳流道的数字化设计软件开发 52

2.4　离心泵蜗壳流道的数字化设计 54

2.4.1　离心泵蜗壳流道的数字化设计模型 55

2.4.2　离心泵蜗壳流道的数字化设计软件开发 56

主要参考文献 57

第3章　导水机构的流体动力学数字化设计 58

3.1　导水机构的类型与流体动力学设计要求 58

3.2　固定导叶的数字化设计方法 58

3.2.1　有关参数的确定和计算 58

3.2.2　固定导叶的骨线方程 59

3.2.3　固定导叶加厚的数字化方法 60

3.2.4　固定导叶的叶型曲线拟合方法 61

3.3　活动导叶的数字化设计方法 61

3.3.1　几何参数的确定 62

3.3.2　活动导叶的骨线方程 62

3.3.3　活动导叶加厚的数字化方法 63

3.3.4　活动导叶的叶型曲线拟合 64

3.4　导水机构的数字化设计软件开发 64

主要参考文献 65

第4章　吸出（吸入）部件的数字化设计 66

4.1　吸出（吸入）部件的流体动力学设计方法 66

4.2　标准型尾水管流道的数字化设计模型 66

4.2.1　标准型尾水管的基本参数及坐标系的建立 66

4.2.2　标准型尾水管流道的解析方程 67

4.2.3　标准型尾水管的工程解算方法 69

4.3　非标准型尾水管流道的数字化设计模型 69

4.3.1　非标准型尾水管的基本参数定义 69

4.3.2　非标准型尾水管的形状变化规律 71

4.3.3　非标准型尾水管流道的变化规律检查及校核计算 71

4.3.4　非标准型尾水管的工程解算方法 72

主要参考文献 72

第二部分 叶片式流体机械的几何数字化设计 74

第5章　产品数字化造型技术的基础 74

5.1　形体的数字化表示 74

5.1.1　表示形体的坐标系 74

5.1.2　几何元素的定义 75

5.1.3　表示形体的线框、表面和实体模型 78

5.1.4　形体边界及其拓扑关系 79

5.1.5　几何造型系统中常用的形体表示方式 80

5.2　实体造型及集合运算 82

5.3　特征造型 83

5.4　曲线、曲面几何基础 84

5.4.1　曲线论预备知识 85

5.4.2　曲线论基本公式 85

5.4.3　曲面论基本公式 87

5.5　均匀B-spline曲线、曲面 88

5.5.1 B-spline曲线 88

5.5.2 B-spline曲面 90

5.6 NURBS曲线、曲面 91

5.6.1 NURBS曲线的定义 91

5.6.2 NURBS曲面的定义 93

5.6.3 NURBS方法的优缺点 93

5.6.4　曲线、曲面生成 93

5.7　曲面造型的运算 98

5.7.1　曲线、曲面求交 98

5.7.2　过渡曲面 101

5.7.3　曲线曲面的光顺 102

5.8产品数据与产品数据交换标准 103

5.8.1　产品数据与产品数据交换 103

5.8.2　常用的产品数据交换标准 104

主要参考文献 107

第6章　流体机械中典型零件的几何数字化设计 109

6.1　几何数字化设计软件平台 109

6.1.1　几何数字化设计软件的基本功能要求 109

6.1.2　商业化的几何数字化设计软件的发展状况 110

6.2　叶轮类部件的三维几何造型 111

6.2.1　叶轮几何模型与其他分析模型的关系 111

6.2.2　叶轮的几何设计方法 111

6.3　叶轮几何设计的数字化建模方法 113

6.3.1 叶片曲面数字化的几何模型选择 113

6.3.2　叶片曲面原始数据参数化 114

6.3.3　叶片的三维几何造型 115

6.3.4　叶片的几何计算和曲面性态分析 119

6.4　流体机械的其他零件三维几何造型 120

6.4.1　以特征造型为主的零部件造型示例 120

6.4.2 以自由曲面为主的零件造型示例 121

6.5流体机械产品的数字化装配 122

主要参考文献 123

第三部分 叶片式流体机械的性能预测及优化设计 126

第7章　基于性能预测的叶片式流体机械优化设计 126

7.1　叶片式流体机械运行特点与性能预测 126

7.2　基于性能预测的流体机械的数字化优化设计技术 128

7.3　三维流场数值模拟分析软件 129

7.3.1 Numeca/FINETM系列软件 130

7.3.2 Fluent？软件 132

7.3.3　CFX软件 133

7.4　结构数值模拟分析与优化软件 134

7.4.1 ANSYS？软件 134

7.4.2 MSC.NASTRAN？软件 135

7.5　叶片式流体机械优化设计实例 135

7.5.1　离心压缩机优化设计 135

7.5.2　离心泵优化设计 136

7.5.3　水轮机转轮优化实例 136

主要参考文献 137

第8章　叶片式流体机械的流场数值模拟及性能预测 139

8.1　流体机械内部全三维流动的控制方程 139

8.2　流体机械内部湍流的数值模拟方法及湍流模型简介 142

8.2.1　湍流的数值模拟方法 142

8.2.2　湍流模型 142

8.2.3　过流表面的近壁面流动处理 149

8.3　CFD软件中流场数值计算的主要方法 151

8.4　叶片式流体机械中动静区域的流场数值模拟方法 153

8.4.1 单参考系（SRF）模型 154

8.4.2 多参考系（MRF）模型 155

8.4.3　混合平面（MPM）模型 157

8.4.4　滑移网格（SMM）模型 159

8.5　叶片式流体机械中多工况流场数值模拟实例 160

8.5.1　混流式水轮机全流道流场数值模拟 160

8.5.2　双吸离心泵全流道流场数值模拟 162

8.6　流体动力性能预测与优化设计 164

8.6.1 流体动力性能预测计算的方法 164

8.6.2　叶片式流体机械流体动力性能预测实例 166

主要参考文献 167

第9章　叶片式流体机械的结构力学特性数值模拟 169

9.1　流体机械结构力学特性分析的内容 169

9.2　流体机械的结构静力分析 170

9.2.1　静力分析的弹性力学基础 171

9.2.2　静力分析的有限元方程 174

9.2.3　载荷及边界条件确定 175

9.2.4　强度理论及静力分析结果评价 177

9.2.5　静力分析实例 179

9.3　叶片式流体机械旋转部件的模态分析 183

9.3.1　结构运动方程及有限元方程 183

9.3.2　零部件模态分析的特征方程 184

9.3.3　模态分析的特征值求解方法 185

9.3.4　模态分析实例 185

主要参考文献 186

第四部分　流体机械的数字化制造基础 190

第10章　数字化加工基础 190

10.1　数字化控制设备 190

10.2　数控加工的基本概念 191

10.3　数控加工中的坐标系统 191

10.3.1　数控机床的坐标系统 191

10.3.2　工件坐标系统 194

10.3.3　局部坐标系统 194

10.4　数控系统 194

10.5　数控加工中插补原理 196

10.6　数控加工编程的基本概念 197

10.6.1　数控加工编程的定义 197

10.6.2　数控编程的过程 198

10.6.3　数控加工编程的指令及程序结构 199

主要参考文献 202

第11章　数字化加工的手工编程方法 203

11.1　手工编程及适应范围 203

11.2　数控加工中的刀具补偿 203

11.3　车削数控加工及其手工编程 205

11.3.1　数控车床形式与车削加工的特点 205

11.3.2　数控车削加工编程举例 206

11.4　铣、镗、钻数控加工及其手工编程 208

11.4.1　铣、镗、钻数控加工中的基本工艺问题 208

11.4.2　数控铣削加工编程示例 209

主要参考文献 211

第12章　数字化加工的自动编程与刀具轨迹计算 212

12.1 自动编程方法与过程 212

12.2　二维曲线、轮廓及型腔加工的刀具轨迹生成 213

12.2.1 曲线加工 213

12.2.2　二维轮廓加工 214

12.2.3　二维型腔加工 215

12.3　多坐标联动加工的刀具轨迹生成 216

12.3.1　多坐标数控加工的基本概念和加工对象 217

12.3.2　刀具轨迹的生成方法 218

12.4　三坐标加工曲面的刀具轨迹生成 221

12.4.1　走刀步长和加工行距 221

12.4.2　三坐标加工曲面中的刀具干涉避免 223

12.5　五坐标加工曲面的刀具轨迹生成 223

12.5.1　刀位数据及其计算 224

12.5.2　走刀步长的确定 224

12.5.3　走刀行距的确定 227

12.5.4　干涉检测与处理 227

12.6　曲面零件粗加工的刀具轨迹生成 230

12.7　曲面交线加工的刀具轨迹生成 231

12.7.1　曲面交线的加工方法 231

12.7.2　三坐标加工曲面交线的处理过程 231

12.7.3　五坐标加工曲面交线的处理过程 231

12.8　加工曲面间过渡区域的刀具轨迹生成 232

12.8.1　截平面法 232

12.8.2　半径递减法 233

12.9　进刀与退刀的刀具轨迹生成与编辑 233

12.9.1　进刀与退刀的刀具轨迹生成 233

12.9.2　刀具轨迹编辑 234

12.10　后置处理 234

12.10.1　后置处理的任务与流程 234

12.10.2　通用后置处理系统的原理 236

主要参考文献 237

第五部分　叶片式流体机械的数字化制造技术 242

第13章　流体机械中复杂零件数字化加工的工艺规划 242

13.1 叶片式流体机械中零部件的主要特征与加工工艺规划 242

13.2　加工机床与刀具的选择 242

13.2.1　机床类型及其工艺特点 242

13.2.2　刀具类型及其工艺特点 244

13.3　复杂形状零件数控加工的工艺规划 246

13.3.1　二维轮廓加工 246

13.3.2　二维型腔加工 247

13.3.3　曲面零部件的三轴联动加工 248

13.3.4　曲面零部件的五轴联动加工 249

13.4　曲面零件的粗加工 252

13.5　加工参数的确定 252

主要参考文献 253

第14章　叶轮类零件的数字化制造技术 254

14.1　叶轮类零件的特点及数字化制造过程 254

14.2　转轮制造工艺中的数字化技术 255

14.3　大型叶片数控加工的工艺规划及优化 257

14.4　大型叶片数控加工的编程 261

14.5　大型叶片数控加工实例 264

14.6　整体叶轮的数控加工技术 265

14.6.1　整体叶轮数控加工工艺规划 266

14.6.2　刀具轨迹规划及生成 266

14.6.3　刀具轨迹仿真验证 268

14.6.4　后置处理 268

14.6.5　加工实例 268

主要参考文献 269

第15章　流体机械中复杂零件的加工仿真 271

15.1　刀具轨迹或加工程序验证的必要性 271

15.2　复杂零件数控加工仿真系统的要求 272

15.3　数控加工仿真的实现方法 273

15.4　复杂零件的五轴联动加工仿真实例 276

15.4.1　大型水轮机叶片加工仿真 276

15.4.2　整体叶轮加工仿真 278

主要参考文献 278

第16章　流体机械中的数字化检测与逆向工程 279

16.1　数字化测量与叶片式流体机械数字化设计制造 279

16.2　数字化测量方法与设备 280

16.3　大型水轮机叶片制造中的数字化检测技术 281

16.4　叶轮的逆向工程技术 283

16.5　逆向工程软件和模块介绍 285

主要参考文献 287