基于ANSYS的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析.pdf

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1、机械设计与制造第2期12MachineryDesign&Manufacture2012年2月文章编号：1001—3997(2012)02—0012—02基于ANSYS的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析水，黄新忠赵俊生(中北大学机械工程与自动化学院，太原030051)VibrationcharacteristicsimulationandanalysisofcompressorimpellerbasedonfiniteelementHUANGXin-zhong，ZHAOJun-sheng(SchoolofMechanicalEng

2、ineeringandAutomation，NoahUniversityofChina，Taiyuan030051，China)【摘要】车用涡轮增压器的压气机叶轮常常因为振动而导致破坏，对压气机叶轮进行模态分析是避免叶轮与激振频率发生共振的常用手段，能有效避免因发生共振而导致的叶轮破坏问题。利用AN—SYS软件，采用子结构分析方法对压气机叶轮的中低阶固有频率进行了数值仿真计算，获得了不同转速和不同节径时的频率，并根据计算结果绘制了Campbell图，找出了与压气机叶轮固有频率产生共振的转速，为压气机叶轮的优化设计提供了依据，同时

3、说明采用子结构分析的方法可以较精确地获得整体模型的低阶固有频率解。关键词：压气机叶轮；振动特性，I模态分析；子结构【Abstract】Thecompressorimpelleroftheautomotiveturbochargerisoftendamagedbythevibration,whilemodelanalysisforcompressorimpellerisakindofcommonmean$toavoidresonancebetweentheimpellerandnaturalfrequency，whichcanef

4、ectivelyavoidthedamagecausedbytheresonance．BasedonthesoJtwareofANSYS，themidandlowordernaturefrequencyWassimulatedandcalculatedbythemethodofsubstructure，andthefrequencyofdifferentspeedanddifferentnodaldiameterwereobtainedJnaddition，CampbellchartWasdrawnaccordingtother

5、esultstofindtheresonancespeedofthecompressorimpeller，whichprovidedreferenceforoptimaldesignofthecompressorimpeller．Atthesametime，themethodofsub—structureWasprovedtobeabletoobtainaccuratelythelowordernaturalfrequencyofwholemode1．Keywords：Compressorimpeller；Vibrationch

6、aracteristic；Modalanalysis；Substructure中图分类号：TH16，TK421．8文献标识码：A1引言[M]{五}+[K]{u}_0(1)式中：[]、[K]、{}、{u}一质量矩阵、刚度矩阵、节点加速度向量随着人们对内燃机强化要求的不断提高，涡轮增压已被公和节点位移向量，在此对应的为叶轮的质量矩阵、刚度矩认为内燃机技术的主要发展方向之一。高性能涡轮增压已经成为阵、节点加速度向量和节点位移向量。内燃机领域的高技术，在国际上引起人们的高度重视Il}o但是，涡假定叶轮各个部位的振动为频率、相位均相同的简

7、谐运动，轮增压器在运行中常常遇到叶轮损坏事故。据统计资料表明，由解方程可求出叶片的振动模态。{k}}=to[M]}(2)振动引起的损坏占叶轮损坏的绝大多数目。因此，涡轮增压器结构式中：6oi—第i阶特征向量；to．—第i阶自振频率。可靠性设计中最重要的指标之一便是压气机叶轮的模态特性，对当叶轮受离心力时，就会产生微分刚度矩阵，此时叶轮的动增压器压气机叶轮进行模态分析，评估压气机叶轮的刚度及其动频计算公式为：[K]{妒1=to[M]{}(3)态特性变得尤为重要。3叶轮模态分析有限元仿真研究压气机叶轮模态特性的方法主要包括理论计算和

8、实验根据压气机叶轮的结构形状特点，考虑压气机叶轮的实际测试。但实验往往存在周期长、费用高等局限性，使其很难成为综使用条件，以求解时间及精度等为基本尺度，压气机叶轮模态计合性、多方案研究的应用手段圈。所以，采用有限元法对压气机叶算时要求：(1)压气机叶轮结构形状复