基于流固耦合分析的壓氣機(jī)葉片振動(dòng)特性及壽命預(yù)測研究.pdf

1、天津大學(xué)碩士學(xué)位論文基于流固耦合基于流固耦合分析分析的壓氣機(jī)的壓氣機(jī)葉片葉片振動(dòng)振動(dòng)特性及特性及壽命預(yù)測研究壽命預(yù)測研究ResearchonVibrationacteristicLifePredictionofCompressBladeBasedonFluidStructureCouplingMethod學(xué)科專業(yè)：動(dòng)力機(jī)械及工程研究生：劉萌指導(dǎo)教師：張俊紅教授天津大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院2016年11月I中文摘要航空發(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)的運(yùn)行提供動(dòng)力，

2、壓氣機(jī)葉片作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其服役壽命和可靠性是民航客機(jī)安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機(jī)葉片要承受離心、氣動(dòng)等復(fù)合載荷的作用，復(fù)雜的交變載荷作用下，葉片易發(fā)生非定常振動(dòng)，導(dǎo)致葉片疲勞失效行為的發(fā)生，直接影響著飛行安全?？紤]氣體流動(dòng)與葉片結(jié)構(gòu)間的耦合作用，分析壓氣機(jī)葉片的振動(dòng)特性并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全及優(yōu)化設(shè)計(jì)具有非常重要的科學(xué)意義及工程應(yīng)用價(jià)值。本文基于流固耦合方法分析壓氣機(jī)葉片的振動(dòng)特性，進(jìn)行其

3、壽命預(yù)測研究，主要內(nèi)容包括：建立壓氣機(jī)葉片結(jié)構(gòu)及其流體域的三維模型，對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行情況，確定六種典型轉(zhuǎn)速工況，基于流固耦合相關(guān)理論，建立流固耦合計(jì)算模型，利用流體計(jì)算軟件ANSYSFluent模擬不同工況下壓氣機(jī)內(nèi)部的流動(dòng)情況，獲取相應(yīng)轉(zhuǎn)速下葉片承受的氣動(dòng)載荷。對(duì)葉片在離心載荷、氣動(dòng)載荷作用下的振動(dòng)特性進(jìn)行分析，獲取葉片的模態(tài)頻率及相應(yīng)模態(tài)振型?？紤]不同載荷作用，對(duì)比分析僅考慮離心載荷與同時(shí)考慮離心、氣

4、動(dòng)復(fù)合載荷時(shí)葉片模態(tài)頻率的差異，進(jìn)一步探討氣體與葉片結(jié)構(gòu)間的流固耦合作用對(duì)分析葉片振動(dòng)特性的影響。將非穩(wěn)態(tài)氣動(dòng)載荷引入壓氣機(jī)葉片的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)計(jì)算中，根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程，分析葉片變形的變化規(guī)律，研究不同工況下葉片的位移響應(yīng)特性。探究葉片瞬態(tài)應(yīng)力的變化規(guī)律及分布規(guī)律，確定葉片危險(xiǎn)點(diǎn)，為預(yù)測葉片的疲勞壽命提供理論依據(jù)。為了提高葉片壽命預(yù)測結(jié)果的可靠性，建立三種精度不同的葉片模型，考慮離心和氣動(dòng)載荷作用，求解復(fù)雜載荷作用下壓氣機(jī)葉片的應(yīng)力分布