叶片模态分析的单元类型选择

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1、第28卷第2期2011年4月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV01．28No．2Apr．201文章编号：2095—1248(2011)02—0021一04叶片模态分析的单元类型选择张利民，王克明，吴志广(沈阳航空航天大学动力与能源工程学院。辽宁沈阳110136)摘要：由于有限元单元类型的选择、网格划分精细程度上的不同，同一个模型的分析结果会有不同。本论文结合某型航空发动机叶片模态分析的实例，分析了单元类型的选择和网格划分精细程度的高低对分析结果精度的影响；揭

2、示了随网格划分精细程度的变化，分析结果的收敛规律；并用有理论解的悬臂梁验证了收敛规律。关键词：单元类型；航空发动机叶片；模态分析；ANSYS中图分类号：V231．96文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2011．02．005Thechoiceofappropriateelementty’peinblademodalanalysisZHANGLi—min，WANGKe—ming，WUZhi—guang(SchoolofAeroDynamicsandEnergyEngineering，

3、ShenyangAerospaceUniversity。LiaoningShenyang，110136)Abstract：Themodalanalysisofthesamemodelisvariablewithdifferentelementtypeandmeshingquali-ty．Thispapertakestheaero—engineblademodalanalysisasacalculatingexampletOinvestigatetheeffectofdifferentelementtypesandme

4、shingqualityonmodalanalysisresults．Theconvergencelawthattheanalysisresultschangewithdifferentmeshingqualityispresented，anditisverifiedwiththeoreticalsolutionofthecantilever．Keywords：elementtype；nero—engineblades；modalanalysis；ANSYS航空发动机叶片是航空发动机最为核心和关键的零件，常常被誉为“

5、心脏中的心脏”。因此合理设计航空发动机叶片成为航空发动机设计的关键之一。目前，在航空发动机叶片设计阶段，国内大多数科研人员利用ANSYS软件对其进行模拟计算。但ANSYS软件没有明确规定对于航空发动机叶片这样的结构利用何种有限元单元进行计算分析。然而选用不同种类单元进行计算分析时，得到不同的计算结果。结合某型航空发动机叶片的模态分析，来比较选择不同的实体单元类型和采用不同单元边长所带来的不同结果，以便了解和认识单元类型对于分析结果准确性的影响‘¨】o14种单元类型介绍利用ANSYS软件对航空发动机叶片进行计算分析时，

6、可以为航空发动机叶片选定4种实体单元。它们分别是：Solid45、Sofidl85、Solid95、Solidi86。根据ANSYS软件自带的帮助文件我们可知：Solid45和Solidl85是由8个节点定义的；Solid95和Solidi86是由20个节点定义的。并且Solid95和Solidl86分别是Solid45和Sol-idl85的高阶形式。下面我们一一介绍下这4种单元。1．1驯d4$单元Solid45单元用于构造三维实体结构。单元由8个节点来定义，每个节点有3个沿着工、Y、z收稿日期：2010—10—08

7、作奢简介：张利民(1985一)．男．河北廊坊人．硕士研究生．主要研究方向：航宅发动机强度、振动及噪声，E—mail：zlm2828@sohu．tom；王克明(1954一)．男．辽宁沈阳人，教授．主要研究方向：机械振动和转子动力学等．E-mail：wkm308@126．tom。沈m航空航天太学学报第28卷方向平穆的n由度。单元具有塑性，蠕变，膨胀，啦力强化，大变形和大碰变能力。该单元能够适用于各向异性的材料。Solid45单元的几何描述如图1所示。目2Sdld454i的n月描述1．3洲描单元Solidl85单兀州于构造

8、三维固体结构．单元通过8个节点来定义，每个节点有3个沿着J、Y、z方向平移的自由度。单元具有超弹性．应力钢化．蠕变，大变形和大应变能力。还可采用混合模式摸拟几乎不可压缩的弹塑材料和完全不可压缩的超弹性材料。该单元的几何描述如图3所示。L4Ⅲ％单元Solidi86是一个高阶三维20节点固体结构单元，单元通过20个节点来定义，每个节点有3个沿着x、