基于ansys的风机叶片动力学分析-修改

《基于ansys的风机叶片动力学分析-修改》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于Ansys的风机叶片动力学分析（郑州大学化工学院，郑州市科学大道100号450001）摘要：本文对R40轴流风机的动叶片进行了有限元建模，并运用ANSYS12.0软件对其进行了动力学分析，得到了叶片在静止和工作转速下的前10阶固有频率。结果表明：R40轴流风机在额定转速下工作，运行稳定，不会发生共振；叶片的固有频率随转速的增加而变大；关键词：风机叶片；有限元；动力学；模态分析DynamicCharacteristicsAnalysisOfBladeOfFanBasedOnAnsysZhouJun-jieLiuBoLiuLiang（SchoolofChemicalEngineeri

2、ngZhengzhouUniversity,KexueRoadNO.100,Zhengzhou450001）Abstract:Inthispaper,thefiniteelementmodelofbladeofR40axial-flowfanhasbeenbuilt,usingthismodel,thedynamiccharacteristicsofbladehasbeenanalyzedwithAnsyssoftware.Wecangetthefirst10naturalfrequenciesofbladeunderratedandresonantoperatingconditio

3、ns.TheresultsshowthatR40axial-flowfanrunsstablelyunderresonantoperatingconditions,resonancedoesnotoccur;Thelargerrotationspeedcanincreasethenaturalfrequenciesofblade.Keywords:Blade;FiniteElement;Dynamic;modalanalysis1前言叶片作为叶轮机械重要的部件，其结构设计的合理与否直接影响到整机的性能，而叶片性能的优劣主要体现在静、动态特性上面[1]。叶片在工作时会受到自身运动过程中

4、产生的离心力以及稳态和非稳态的气流力作用，其中非稳态的气流力是激振力的主要来源。如果叶片在激振力作用下发生弯曲和扭转变形，这些变形将会导致叶片上气动力的改变，当气动力和机械振动之间的相互作用是减弱的，则运动稳定，否则就会发生振动，出现不稳定的运动。叶片的振动将产生较大的动态应力，导致叶片的疲劳，甚至断裂[2-4]。因此，对风机叶片的结构动力学特性进行分析具有十分重要的意义。结构动力学特性分析主要就是研究风机叶片的固有频率和振型[5]，从而分析预计其在外载荷作用下的动力学响应，使风机叶片的运动频率与其固有频率相互错开，避免发生共振。本文应用有限元分析软件Ansys对R40轴流风机的动叶

5、片进行了计算，得到了叶片各阶固有频率和振型，以及在不同频率下的响应位移和响应应力。2叶片有限元模型与网格划分2.1研究对象本文研究对象为R40风机叶片[6]，叶片选用CLARK-Y翼型，相对厚度为12%，工作时的转速为1440rpm。叶片各控制截面的参数如表1所示。叶片材料为玻璃纤维增强塑料，弹性模量为Mpa，密度2600kg/m3，泊松为0.3。表1叶片各控制截面参数参数控制截面0.3560.40.50.60.70.80.91.0弦长C/m0.13920.12800.12230.11030.09770.08690.07950.0724扭角32.2°25.0°22.3°18.4°15

6、.7°13.8°12.3°11.1°对于风机的叶型是通过多个截面的参数来定义的，通过曲面连接得到扭曲的风机叶型形状。所以在建模过程中，采用了由点到线再到面，最后到体的建模方法[7]。在Solidworks中建立叶片模型如图1所示。图1风机叶片模型图图2叶片离散后的网格图2.2叶片有限元方程本文选用了Solid186单元对结构进行了离散（离散后的网格如图2所示），Solid186是一个高阶3维20节点固体结构单元，具有二次位移模式可以更好的模拟不规则的网格。单元通过20个节点来定义，每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。Solid186可以具有任意的空间各向异性，单元支持塑性、超弹

7、性、蠕变、应力钢化以及大变形和大应变能力，图3为solid186单元的结构。图3solid186单元结构叶片在离心力场下被离散后的平衡方程为[8]：（1）式中，为单元的应变矩阵，为单元内点的应力向量，为单元形函数矩阵，为单元单位体积内的惯性力向量，为单元单位面积上的压力，为单元的节点集中力载荷向量。叶片的有限元方程为：（2）式中，分别为叶片的总质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵以及离心力质量矩阵。2.3网格独立性考核在微分方程离散的过程中，不可避免的会引入离散误