基于ansys的風機葉片動力學分析-修改

1、基于Ansys的風機葉片動力學分析（鄭州大學化工學院，鄭州市科學大道100號450001）摘要：摘要：本文對R40軸流風機的動葉片進行了有限元建模，并運用ANSYS12.0軟件對其進行了動力學分析，得到了葉片在靜止和工作轉(zhuǎn)速下的前10階固有頻率。結(jié)果表明：R40軸流風機在額定轉(zhuǎn)速下工作，運行穩(wěn)定，不會發(fā)生共振；葉片的固有頻率隨轉(zhuǎn)速的增加而變大；關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：風機葉片；有限元；動力學；模態(tài)分析DynamicacteristicsAnal

2、ysisOfBladeOfFanBasedOnAnsysZhouJunjieLiuBoLiuLiang（SchoolofChemicalEngineeringZhengzhouUniversityKexueRoadNO.100Zhengzhou450001）Abstract:InthispaperthefiniteelementmodelofbladeofR40axialflowfanhasbeenbuiltusingthismodel

3、thedynamicacteristicsofbladehasbeenanalyzedwithAnsyssoftware.Wecangetthefirst10naturalfrequenciesofbladeunderratedresonantoperatingconditions.TheresultsshowthatR40axialflowfanrunsstablelyunderresonantoperatingconditionsr

4、esonancedoesnotoccurThelargerrotationspeedcanincreasethenaturalfrequenciesofblade.Keywds:BladeFiniteElementDynamicmodalanalysis1前言前言葉片作為葉輪機械重要的部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理與否直接影響到整機的性能，而葉片性能的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在靜、動態(tài)特性上面[1]。葉片在工作時會受到自身運動過程中產(chǎn)生的離心力以及穩(wěn)態(tài)和非

5、穩(wěn)態(tài)的氣流力作用，其中非穩(wěn)態(tài)的氣流力是激振力的主要來源。如果葉片在激振力作用下發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，這些變形將會導(dǎo)致葉片上氣動力的改變，當氣動力和機械振動之間的相互作用是減弱的，則運動穩(wěn)定，否則就會發(fā)生振動，出現(xiàn)不穩(wěn)定的運動。葉片的振動將產(chǎn)生較大的動態(tài)應(yīng)力，導(dǎo)致葉片的疲勞，甚至斷裂[24]。因此，對風機葉片的結(jié)構(gòu)動力學特性進行分析具有十分重要的意義。結(jié)構(gòu)動力學特性分析主要就是研究風機葉片的固有頻率和振型[5]，從而分析預(yù)計其在外載荷作用下

6、的動力學響應(yīng)，使風機葉片的運動頻率與其固有頻率相互錯開，避免發(fā)生共振。本文應(yīng)用有限元分析軟件Ansys對R40軸流風機的動葉片進行了計算，得到了葉片各階固有頻率和振型，以及在不同頻率下的響應(yīng)位移和響應(yīng)應(yīng)力。2葉片有限元模型與網(wǎng)格劃分葉片有限元模型與網(wǎng)格劃分2.1研究對象研究對象本文研究對象為R40風機葉片[6]，葉片選用CLARKY翼型，相對厚度為12%，工作時的轉(zhuǎn)速為1440rpm。葉片各控制截面的參數(shù)如表1所示。葉片材料為玻璃纖維增

7、強塑料，彈性模量為Mpa，密度2600kgm3，泊松為0.3。4102.7?表1葉片各控制截面參數(shù)參數(shù)控制截面Rrr??積內(nèi)的慣性力向量，為單元單位面積上的壓力，為單元的節(jié)點集中力載荷向量。??p??eR葉片的有限元方程為：（2）????????????????????????RFPQMKCMCC????????????2???式中，分別為葉片的總質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣以及離心力質(zhì)量矩陣。??M??C??K??CM2.3網(wǎng)格獨立性

8、考核網(wǎng)格獨立性考核在微分方程離散的過程中，不可避免的會引入離散誤差，對于同一離散格式，網(wǎng)格越密，離散誤差通常會越小[9]。由于計算機資源的限制，我們不可能將網(wǎng)格劃分的很細，但需要保證數(shù)值求解結(jié)果是網(wǎng)格獨立的解。本文共采用了三種網(wǎng)格系統(tǒng)，Elementedgelength分別為0.01、0.0075和0.006，相鄰兩個網(wǎng)格系統(tǒng)的疏密程度變化足夠大，計算了葉片的一階模態(tài)以及沿程的相對應(yīng)力大小，所得結(jié)果如圖4和圖5所示。5000100001

9、50002000025000300003500040000121.00121.05121.10121.15121.20121.25121.30121.35121.40一階模態(tài)NODE數(shù)0.050.000.050.100.150.200.250.300.350.402000000200000400000600000800000100000012000001400000應(yīng)力沿程長度X（m（0.010.00750.006圖4一階模態(tài)隨NODE

10、數(shù)變化關(guān)系圖5三種不同網(wǎng)格下相對應(yīng)力沿程分布由圖4可以看出，采用不同節(jié)點數(shù)計算的葉片一階模態(tài)差別不大，且隨著節(jié)點數(shù)的增多，兩套網(wǎng)格計算出的一階模態(tài)大小的差值越來越小。圖5表明沿程的相對應(yīng)力大小有所不同，但0.0075與0.006兩套網(wǎng)格的計算值相近，相差很小。因此我們認為Elementedgelength=0.0075已經(jīng)可以滿足計算精度的要求，可以獲得與網(wǎng)格無關(guān)的解。所以本文在計算的過程中均采用與此網(wǎng)格系統(tǒng)所劃分相當?shù)木W(wǎng)格密度。3計算