基于流固耦合的叶片气动弹性分析

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1、中图分类号：V23I．92学科分类号：080204基硕士学于流论文编号：102870210．0051密级：公开、．又固耦合白On-i-片气动弹性分析研究生姓名张瑞琴学科、专业研究方向指导教师张端琴车辆工程，振动与噪声控制翁建生副教授、南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二00九年十二月‘■■I■■●。五-繁7㈣㈣㈣㈣『『

2、JflY178j1i

3、；j『7NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPow

4、erEngineeringBladeAeroelasticityAnalysisBasedonFluidSolidCouplingAThesisinMechanicalEngineeringbyZhangRuiqinAdvisedbyAssociatedProf．WengJianshengSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2009承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指

5、导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：塾盗鍪El期：型12：!三：i竺．1—《南京航空航天大学硕士学位论文摘要叶轮机气动弹性力学是流固耦合问题的重要分支。流场作用在弹性结构叶片上会产生气动力

6、，气动力使得叶片振动产生变形，结构的变形又会改变流场分布，从而产生新的作用力。当振幅不断增加时，叶片就会产生颤振。本文对平板叶栅进行气动弹性稳定性试验研究，观察到颤振过程，分析了叶片颤振时叶尖上方壁面处压力脉动与叶片振动之间的关系。在对流固耦合原理和数值模拟求解过程进行详细分析的基础上，研究如何使用流体力学软件CFX，结构有限元分析软件ANSYS和两者间的耦合平台进行流固耦合计算。并应用这种方法对试验用平板叶片进行气动弹性数值模拟，得到叶片在不同来流速度下的位移响应和压力脉动响应，与试验结果进行对比，说明了这种方法的

7、可行性。应用同样方法研究了NACA0012直叶片的气动弹性稳定性，得到其关于攻角和来流马赫数的颤振边界，并得出以下结论：叶尖上方壁面处静压响应与振动位移响应的变化趋势相同，并且压力脉动频率与颤振频率一致，均接近叶片的固有频率，这为叶片颤振预测提供了一种新思路。最后，对压气机转子叶片进行气动弹性数值仿真模拟，分析了定常流场特性、叶片耦合振动特性和叶片的动应力。本文所得到的叶片流固耦合问题数值计算方法研究和数值分析的结果，对预测叶片颤振和叶片气动弹性分析有参考价值。关键词：流固耦合，颤振，气动弹性，振动模态基于流固耦合的

8、叶片气动弹性分析AbstractTheresearchforturbo-machineryaero-elasticityisanimportantpartofthestudyoffluidsolidcoupling．Aero—elasticityisthephenomenonwhichexhibitsdistinctreciprocalinteractionsbetweenaerodynamicfomeonbladesandvibrationdeformation．FlutterwillOccurwhenvibrat

9、ingamplitudeofbladesincreasescontinually．Inthispaper,aero-elasticitystabilityexperimentofaflatplatecascadeiscarriedout．Flutterprocessisobservedandrelationshipbetweenwallpressureresponseontopofbladetipandvibratingresponseofthebladeisanalyzed．Exhaustiveanalysisof

10、fluidsolidcouplingandtheprocessofnumericsimulationalepresentedhere．AnumericsimulationapproachbyusingCFX，ANSYSandacouplingplatformbetweenthetwosoftWaresWasappliedforstudyingt