100141536 尹磊 课程设计

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1、CivilAviationUniversityofChina航空发动机强度与振动课程设计报告姓名：尹磊专业：飞行器动力工程班级：100141E指导教师：张莹2013年11月题目及要求题目基于ANSYS的叶片强度与振动分析1.叶片模型研究对象为压气机叶片，叶片所用材料为TC4钛合金，相关参数如下：材料密度：4400kg/m3弹性模量：1.09´1011Pa泊松比：0.34屈服应力：820Mpa叶片模型如图1所示。把叶片简化为根部固装的等截面悬臂梁，无扭向。叶型由叶背和叶盆两条曲线组成，每条曲线可由4个点通过spline（样条曲线）功能生成，各点位置如图2所示

2、，其坐标如表1所示。图1叶片模型图2叶型曲线表1各点坐标值（单位：m）坐标值123456x00.0280.0570.0280-0.002y00.00300.0060.0050.002叶根截面距旋转轴（x轴）0.6m，即z坐标为0.6m；叶片长度为0.12m。注：叶片尾缘过薄，可以对尾缘进行修改，设置一定的圆角。2.叶片的静力分析叶片在转速为1500rad/s下的静力分析。要求：得到vonMises等效应力分布图，对叶片应力分布进行分析说明。并计算叶片的安全系数，进行强度校核。3.叶片的振动分析（1）叶片静频计算与分析要求：给出1到6阶的叶片自振频率、振型图，

3、并说明其对应振动类型。（2）叶片动频计算与分析要求：列表给出叶片在转速为500rad/s，1000rad/s，1500rad/s，2000rad/s下的动频值。（3）叶片共振分析要求：根据前面的计算结果，做出叶片共振图（或称Campbell图），找出叶片的共振点及共振转速。由于一弯、二弯、一扭振动对于叶片比较危险，故只对这三类振动进行共振分析。4.按要求撰写课程设计报告说明：1.网格划分必须保证结果具有一定精度。2.各输出结果图形必须用ANSYS的图片输出功能，不允许截图，即图片背景不能为黑色。3.要求打印封面，并填好相关信息；以下报告内容格式自定。4.课程

4、设计完成后，（黑白）打印纸质报告提交。基于ANSYS的叶片强度与振动分析1.ANSYS进行有限元分析的一般步骤1.建立模型：定义材料基本属性（实体，密度，弹性模量，泊松比等），建立实体模型，确定与旋转轴之间的关系，将实体网格化。）2.加载并求解：选择加载面，添加转速，静态求解。修改分析类型。3.查看分析结果：按要求（如von Mises）查看应力分布图和计算结果。.2.叶片的静力分析（给出应力图、位移图，并进行分析）应力图位移图由图可知离心拉伸应力从叶根沿叶高逐渐减小，因为截面的离心拉伸应力是该截面以上质量所产生离心力，越接近叶根，其上部质量越大，故所产生的

5、离心拉伸应力越大……安全系数s=0.443.叶片的振动分析（1）叶片静频计算与分析……一阶振型一弯……二阶振型一扭三阶振型二弯四阶振型一弯五阶振型二扭六阶振型三弯（2）叶片动频计算与分析…转速一阶二阶三阶四阶五阶六阶500413.3517502175.12298.348195666.51000567.451801.52319.62381.54960.35874.81500755.2318782378.32670.95169.36212.72000955.651975.82450.53034.45426.76660.7……除弯曲和扭转振动外，在叶片上还会出现许

6、多其他振型。其中有的是弯曲和扭转的复合振型，有些振型还难以给以名称。其中一阶弯曲振动、二阶弯曲振动、一阶扭转振动„„较为常见，危险性也最大。对于压气机叶片而言，最重要的是一、二弯和一扭振型；对于涡轮叶片，大多是一弯和一扭振型。……（3）叶片的共振分析……转速K=1K=2K=3K=4K=5K=6K=8500346.39692.781039.171385.561731.952078.342771.121000692.781385.562078.342771.123463.94156.685542.2415001039.172078.343117.514156.6

7、85195.856235.028313.3620001385.562771.124156.685542.246927.88313.3611084.48在某一转速下，当激振力的频率值和叶片固有的自振频率值（静频值或动频值）相同时，也就是上图中射线和上升曲线的相交点位置对应的转速，叶片就会发生“共振”现象。发生共振时会损坏叶片，叶片的振动甚至会引起整台发动机甚至整架飞机的振动，从而很可能会导致严重后果。所以发动机应该要尽量避免在这种转速下工作。－1－