基于流固耦合分析的壓氣機葉片振動特性及壽命預(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的壓氣機葉片葉片振動振動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)：動力機械及工程研究生：劉萌指導(dǎo)教師：張俊紅教授天津大學(xué)機械工程學(xué)院2016年11月I中文摘要航空發(fā)動機為飛機的運行提供動力，

2、壓氣機葉片作為航空發(fā)動機轉(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安全運行的關(guān)鍵因素之一。高速旋轉(zhuǎn)的壓氣機葉片要承受離心、氣動等復(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，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]氣體流動與葉片結(jié)構(gòu)間的耦合作用，分析壓氣機葉片的振動特性并進行強度計算，對航空發(fā)動機的運行安全及優(yōu)化設(shè)計具有非常重要的科學(xué)意義及工程應(yīng)用價值。本文基于流固耦合方法分析壓氣機葉片的振動特性，進行其

3、壽命預(yù)測研究，主要內(nèi)容包括：建立壓氣機葉片結(jié)構(gòu)及其流體域的三維模型，對實體模型進行網(wǎng)格劃分。根據(jù)航空發(fā)動機的實際運行情況，確定六種典型轉(zhuǎn)速工況，基于流固耦合相關(guān)理論，建立流固耦合計算模型，利用流體計算軟件ANSYSFluent模擬不同工況下壓氣機內(nèi)部的流動情況，獲取相應(yīng)轉(zhuǎn)速下葉片承受的氣動載荷。對葉片在離心載荷、氣動載荷作用下的振動特性進行分析，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，對比分析僅考慮離心載荷與同時考慮離心、氣

4、動復(fù)合載荷時葉片模態(tài)頻率的差異，進一步探討氣體與葉片結(jié)構(gòu)間的流固耦合作用對分析葉片振動特性的影響。將非穩(wěn)態(tài)氣動載荷引入壓氣機葉片的瞬時動態(tài)響應(yīng)計算中，根據(jù)結(jié)構(gòu)動力學(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，確定葉片危險點，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，考慮離心和氣動載荷作用，求解復(fù)雜載荷作用下壓氣機葉片的應(yīng)力分布