基于ansys的風(fēng)機(jī)葉片動(dòng)力學(xué)分析-修改

1、基于Ansys的風(fēng)機(jī)葉片動(dòng)力學(xué)分析（鄭州大學(xué)化工學(xué)院，鄭州市科學(xué)大道100號(hào)450001）摘要：摘要：本文對(duì)R40軸流風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉片進(jìn)行了有限元建模，并運(yùn)用ANSYS12.0軟件對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)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(fēng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下工作，運(yùn)行穩(wěn)定，不會(huì)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(fēng)機(jī)葉片；有限元；動(dòng)力學(xué)；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(jī)械重要的部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否直接影響到整機(jī)的性能，而葉片性能的優(yōu)劣主要體現(xiàn)在靜、動(dòng)態(tài)特性上面[1]。葉片在工作時(shí)會(huì)受到自身運(yùn)動(dòng)過(guò)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(lái)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(huì)導(dǎo)致葉片上氣動(dòng)力的改變，當(dāng)氣動(dòng)力和機(jī)械振動(dòng)之間的相互作用是減弱的，則運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定，否則就會(huì)發(fā)生振動(dòng)，出現(xiàn)不穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。葉片的振動(dòng)將產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)應(yīng)力，導(dǎo)致葉片的疲勞，甚至斷裂[24]。因此，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行分析具有十分重要的意義。結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析主要就是研究風(fēng)機(jī)葉片的固有頻率和振型[5]，從而分析預(yù)計(jì)其在外載荷作用下

6、的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，使風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)動(dòng)頻率與其固有頻率相互錯(cuò)開(kāi)，避免發(fā)生共振。本文應(yīng)用有限元分析軟件Ansys對(duì)R40軸流風(fēng)機(jī)的動(dòng)葉片進(jìn)行了計(jì)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(duì)象研究對(duì)象本文研究對(duì)象為R40風(fēng)機(jī)葉片[6]，葉片選用CLARKY翼型，相對(duì)厚度為12%，工作時(shí)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(qiáng)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(diǎn)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(dú)立性

8、考核網(wǎng)格獨(dú)立性考核在微分方程離散的過(guò)程中，不可避免的會(huì)引入離散誤差，對(duì)于同一離散格式，網(wǎng)格越密，離散誤差通常會(huì)越小[9]。由于計(jì)算機(jī)資源的限制，我們不可能將網(wǎng)格劃分的很細(xì)，但需要保證數(shù)值求解結(jié)果是網(wǎng)格獨(dú)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(gè)網(wǎng)格系統(tǒng)的疏密程度變化足夠大，計(jì)算了葉片的一階模態(tài)以及沿程的相對(duì)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(zhǎng)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(duì)應(yīng)力沿程分布由圖4可以看出，采用不同節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算的葉片一階模態(tài)差別不大，且隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)的增多，兩套網(wǎng)格計(jì)算出的一階模態(tài)大小的差值越來(lái)越小。圖5表明沿程的相對(duì)應(yīng)力大小有所不同，但0.0075與0.006兩套網(wǎng)格的計(jì)算值相近，相差很小。因此我們認(rèn)為Elementedgelength=0.0075已經(jīng)可以滿足計(jì)算精度的要求，可以獲得與網(wǎng)格無(wú)關(guān)的解。所以本文在計(jì)算的過(guò)程中均采用與此網(wǎng)格系統(tǒng)所劃分相當(dāng)?shù)木W(wǎng)格密度。3計(jì)算