基于ANSYS的叶片模态分析与创新设计

某机高压涡轮叶片振动模态分析摘要：以某机高压涡轮工作叶片为研究对象，讨论其模态振动理论，采用UG建立叶片实体模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对其进行模态分析，并与电动振动台测量结果进行对比，得到有限元分析结果具有一定的可靠性，为数值模拟振动测试数据提供一定的可信度依据，尤其对一些科研机种叶片的数值振动模态仿真分析提供了参考价值。

关键字：振动测试；模态分析；叶片；ANSYS Workbench引言叶片是航空发动机重要组成部分，工作时主要承受离心载荷、气动载荷、热载荷以及工况环境变化导致的交变载荷，工作中很容易发生故障，据统计振动故障占发动机总故障的15%，而叶片振动故障又占振动故障的75%。

而据粗略统计，我国现役航空发动机发生的重大事故中，涡轮叶片的断裂高达80%以上[1]。

因此叶片工作时的可靠性直接关系到整个发动机的运行安全性及使用寿命，为避免叶片振动故障的出现，在设计、制造及维修过程中对叶片进行振动模态分析，得到其固有频率、振型以及振动应力分析就显得尤其重要。

然而，高压涡轮叶片在发动机工作状态下直接对叶片进行频率及振动形态的观察及测试是比较困难甚至是不可能的。

在生产及制造中，一般只对叶片进行自由振动分析，测得其固有频率及振动形态。

单从使用角度来看，仅仅对叶片进行自由模态分析是不精确的，无法获得叶片全生命使用周期内的准确频率及振动形态。

本文首先在电动振动台ES-10-240上对高压涡轮叶片进行振动测试，得出其平均固有频率。

然后再UG中建立叶片实体模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对其进行模态分析，对比有限元分析结果与试验结果。

在此基础上对高压涡轮叶片进行预应力模态分析，得到更准确的振动频率及振动形态，为高压涡轮叶片设计及加工提供一定的参考价值。

1 模态分析理论模态分析是结构动力学分析中最基础、也是最重的一种分析类型，其主要是用于计算结构的振动频率和振动形态，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态阵型。

风力机叶片的有限元分析学生姓名：1111 专业班级：机械设计制造及其自动化2008级10班指导教师：朱仁胜指导单位：机械与汽车工程学院摘要：通过Solidworks软件对3MW风力机叶片进行建模，然后基于ANSYS 和Workbench分别对其进行模态分析和流固耦合分析，其中流固耦合分析中的结构静力分析部分也使用到了ANSYS Mechanical APDL。

其中模态分析结果表示：叶片的振型以摆振和弯曲为主，其一阶模态频率分别为 0.34Hz，能顺利的避开外在激励频率，避免了共振现象的发生。

流固耦合分析对额定风载进行了数值模拟仿真，通过结构静力分析，对叶片的受力，变形情况有了一个基本的了解，其中叶片在额定风载情况下的最大应力为56MPa，远远低于其实测拉伸强度的720MPa。

在11级风载下的应力云图显示其所受的最大应力为83.8MPa，满足其材料的强度要求。

该分析对进一步的疲劳分析和优化设计等提供了参考和依据。

关键词：叶片建模；模态分析；流固耦合分析；结构静力分析1Abstract:Through the Solidworks software build the blade model which power is 3 MW. Then based on the ANSYS and Workbench software,the analysis of modal and fluid-structure interaction.Andthe Static structural analysis is used the ANSYS Mechanical APDL too.The modal analysisresults show that the vibration modes of this blade are presented as Shimmy and bending,Thefirst modes frequency is 0.34Hz.And it can avoid the external excitation frequencywell,Avoid the resonance phenomenon occurs.The analysis of fluid-structure interaction havedo a numerical simulation about Rated wind load,through the Static structural analysis wehave a basic understanding of the stress and deformation about the blade. And the maximumstress of the blade is 56MPa under the rated wind load.Far lower than the Measured tensilestrength of 720MPa.And under the 11 rating wind load.The stress cloud show that maximumstress is 83.8MPa,Meet the strength of the material requirements.This analysis providesa reference and basis for further fatigue analysis and optimization design.Keywords:Blade modeling；Modal analysis；Fluid-structure interaction analysis；Static structural analysis31 概 述风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，风能量具有取之不尽、用之不竭、就地可取、不需运输、广泛分布、不污染环境、不破坏生态、周而复始、可以再生等诸多优点。

基于ANSYS workbench六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析六片斜叶圆盘涡轮搅拌器是压力容器中重要的工作部件，其转动速度的大小和稳定直接关系到压力容器的工况能否正常运行，结合UG6.0对相应的六片斜叶圆盘涡轮搅拌器进行简化和实体建模。

将简化过的模型导入ANSYS Workbench的模态分析模块，结合相应的预应力分析模块对工况转速条件下的六片斜叶圆盘涡轮搅拌器模态进行分析，分析六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的前六阶的模态，通过模态分析得到各阶固有频率和实际工况转速相比较，为研究压力容器的结构优化和振动分析提供了理论基础。

标签：斜叶圆盘涡轮；搅拌轴；ANSYS；模态分析引言六片斜叶圆盘涡轮搅拌因其具有循环性能好，动力消耗低等特点，在石油，化工等行业的应用尤为突出。

六片斜叶圆盘涡轮搅拌器主要工作部件是一具有离心轮状的圆盘，当搅拌轴转动时，物料沿轮状圆盘的轴向由中心孔进入叶轮，在各小叶片作用下而获离心加速度，向转轴中心流窜产生涡流而达到搅拌混的目的.所以，在实际工况的低速旋转中，整个搅拌器的结构刚度受到转速的影响而发生改变。

故对实际工况下的搅拌器子进行模态分析是十分必要的。

1 六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析方法应用模态分析方法确定搅拌器的动态特性包括固有频率表，振型和稳态响应。

利用有限元法求解具有不规则集合搅拌器模态，考虑相应软件中的ANSYS Workbench 的线性模态分析方法，因此结合振动学可知，多自由度无阻尼振动方程为（1）：2 六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模型建立参考实际搅拌器尺寸，采用UG6.0 绘制搅拌器的三维实体模型，为提高后期网格质量和结果分析的准确性。

仅仅选取搅拌器主体模型。

去除倒角，装配凹槽等细节模型。

保留相应的主轴阶梯状结构，为后期施加提供位置标识。

3 六片斜叶圆盘涡轮搅拌器的模态分析参照搅拌器的实际工况可知，搅拌器由两侧的轴承固定约束，轴承有一定的刚度和阻尼。

而在ANSYS Workbench中的模态分析环节，一般选用计算方法的为线性计算方法，即忽略阻尼对搅拌器系统影响，因此对搅拌器系统的轴承处施加圆柱约束，保证搅拌器符合实际工况条件下的约束。

基于ANSYS的叶片模态分析与创新设计ANSYS是流体、结构、电磁等多物理场仿真分析的领导者，叶片模态分析是ANSYS在燃气轮机和风力发电领域的热点应用之一。

本文将从ANSYS叶片模态分析的基本流程，分析结果的意义以及基于模态分析的叶片创新设计加以介绍。

ANSYS叶片模态分析的基本流程主要包括建模、网格划分、边界条件定义、材料参数设定、求解器选择和结果分析。

在建模时，可以选择不同的叶片结构，如单普通叶片、单普通叶片带平台、双蒸汽冷却叶片等。

在网格划分时，要考虑叶片的形状、大小、复杂程度等因素，以保证计算效率和结果精度。

边界条件包括入口流量、出口压力等，根据不同的模拟场景选取。

在确定材料参数时，需要考虑材料弹性模量、材料密度、材料损伤参数等因素。

求解器选择应根据具体情况选取，如静态应力求解器、压缩流求解器等。

结果分析主要是对计算结果进行后处理，查看叶片的振动频率、振型、动态应力等信息，以确定叶片的任意振型和自由振动频率等数据。

叶片模态分析的结果对叶片的设计、优化和制造具有重要意义。

其中，叶片振动频率和振型是判定叶片的动态性能和稳定性的关键指标，可以直接影响叶片的寿命和可靠性。

动态应力分析可以判断叶片在工作过程中的应力强度和疲劳寿命等参数。

基于叶片模态分析进行的叶片创新设计，主要包括改变叶片几何形状、采用新型材料、改变叶片结构等方面。

比如，可以采用钛合金、高温合金等材料来提高叶片的抗热性能；可以在叶片上加装定位孔来提高抗振性能；可以增加叶片弯曲度、消声器等措施来改善叶片气动损失和减小噪音等。

总之，基于ANSYS的叶片模态分析是在叶片设计、制造和优化过程中不可或缺的工具，它可以帮助工程师查明叶片的动态性能和稳定性，辅助进行叶片的推进优化和改进。

未来，在燃气轮机和风力发电领域的应用前景广阔。

为了阐述相关数据的分析，本文以2021年中国6月份统计局公布的国民经济运行数据为例进行分析。

涉及到GDP、CPI、PPI、PMI、利率等数据。

第N章风机叶轮模态分析案例下面介绍某核电厂用空调风机叶轮模型使用ANSYS WOKBENCH 14.0 机械设模块模态分析功能进行分析，演示其基本操作过程。

1.5.1案例介绍模态分析的经典定义是：将线性定常系统振动微分方程组的物理坐标变换为模态坐标，使方程解耦成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程以便求出系统的模态参数。

坐标变换的变化矩阵为模态矩阵其每列为模态阵型。

模态分析的最终目标在于改变机械结构系统由经验、类比和静态设计方法为动态、优化设计方法；在于借助于实验与理论分析相结合的方法对已有结构系统进行识别、分析和评价，从中找出结构系统在动态性能上所存在的问题，确保工程结构能安全可靠及有效的工作；在于根据现场测试的数据来诊断和预报振动故障和进行噪声控制。

通过这些方法为老产品的改进和新产品的设计提供可靠的依据。

系统各个阶模态对相应的贡献量或者权系数是不相同的，它与激励的频率结构有关。

一般低阶模态比高阶模态有较大的权系数。

对于实际结构而言，我们感兴趣的往往是它的前几阶或者十几阶模态，更高阶的模态常常被抛弃。

这样尽管会造成一定的误差，单频相应函数的矩阵阶数将大大减少，使计算量大为减少。

实践证明这是完全可取的，这也是模态分析的一大优点，这种处理方式成为模态截断。

可以使用质量点：质点在模态分析中是只有质量（无硬度）的存在，其会降低结构自由振动的频率。

材料属性：杨氏模量，泊松比，和密度是必需的。

由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。

此次我们使用某核电厂用空调风机的叶轮部件进行模态分析查看其前5阶阵型为结构改进与动力学分析做准备。

1.5.2导入模型(1) 我们使用实际生产图的模型进行分析。

在模型简化上仅仅删除了轮毂与轮盘连接用的铆钉，其他部分未经简化，其与实际模型完全相同。

首先打开SW，并打开模型文件。

如图-1以及图-2所示。

图-1 打开SW 图-2打开模型文件。

（2）打开ANSYS WORKBENCH 程序接口导入模型文件。

ANSYS模态分析ANSYS模态分析是一种用于计算和研究结构的振动和模态的仿真方法。

它可以帮助工程师和设计师了解结构在自由振动模态下的响应，从而优化设计和改进结构的性能。

本文将对ANSYS模态分析的原理和应用进行详细介绍。

ANSYS模态分析基于动力学理论和有限元分析。

在模态分析中，结构被建模为一个连续的弹性体，通过求解结构的固有频率和模态形状来研究其振动行为。

固有频率是结构在没有外力作用下自由振动的频率，而模态形状则是结构在每个固有频率下的振动形态。

模态分析可以帮助工程师了解结构在特定频率下的振动行为。

通过分析结构的固有频率，可以评估结构的动态稳定性。

如果结构的固有频率与外部激励频率非常接近，可能会导致共振现象，从而对结构造成破坏。

此外，模态分析还可以帮助识别结构的振动模态，并评估可能的振动问题和改进设计。

1.准备工作：首先，需要创建结构的几何模型，并进行必要的网格划分。

在几何模型上设置适当的约束条件和边界条件。

选择合适的材料属性和材料模型。

然后设置分析类型为模态分析。

2.计算固有频率：在模态分析中，需要计算结构的固有频率。

通过求解结构的特征值问题，可以得到结构的固有频率和模态形状。

通常使用特征值求解器来求解特征值问题。

3.分析结果：一旦得到结构的固有频率和模态形状，可以进行进一步的分析和评估。

在ANSYS中，可以通过模态形状的可视化来观察结构的振动模态。

此外，还可以对模态形状进行分析，如计算应力、变形和应变等。

ANSYS模态分析在许多领域都有广泛的应用。

在航空航天工程中，模态分析可以用于评估飞机结构的稳定性和航空器的振动特性。

在汽车工程中，可以使用模态分析来优化车身结构和减少共振噪音。

在建筑工程中，可以使用模态分析来评估楼房结构的稳定性和地震响应。

总之，ANSYS模态分析是一种重要的结构动力学仿真方法，可以帮助工程师和设计师了解结构的振动特性和改善设计。

通过模态分析，可以预测共振问题、优化结构设计、提高结构的稳定性和性能。

基于ANSYS的机翼振动模态分析机翼振动模态分析是通过ANSYS软件进行的一种分析技术，可以帮助工程师和设计师了解机翼在不同工作条件下的振动特性，以便优化设计和改进结构。

本文将详细介绍ANSYS在机翼振动模态分析中的应用，并展示其重要性和优势。

首先，机翼振动模态分析是用来计算和分析机翼在不同频率和振动模态下的振动特性。

这对于工程师和设计师来说非常重要，因为机翼的振动性能直接影响到航空器的性能和安全。

振动模态分析可以帮助确定机翼的自然频率，即机翼在没有外部激励下的自由振动频率。

此外，还可以分析机翼的模态形状和振动幅度，以便预测和评估机翼在不同工况下的振动响应。

ANSYS是一种用于有限元分析的强大软件工具，具有广泛的应用领域，包括航空航天、汽车和机械工程等。

在机翼振动模态分析中，ANSYS可以使用多个模块和工具来进行不同类型的分析，如静态分析、模态分析和频率响应分析。

其中，模态分析通常是机翼振动模态分析的主要技术。

在进行机翼振动模态分析之前，需要进行一些前期准备工作。

首先，需要绘制机翼的几何模型，并对其进行网格划分。

ANSYS提供了多种网格划分工具，如有限元网格划分器和自动网格生成器。

然后，需要定义机翼的材料特性和边界条件，如约束和加载条件。

在模态分析中，ANSYS可以计算机翼的固有频率和模态形状。

具体而言，可以通过求解机翼的特征方程来计算其固有频率和模态形状。

通过使用ANSYS的模态分析模块，可以自动求解特征方程，并得到机翼的不同模态频率和模态形状。

通过分析机翼的不同模态频率和模态形状，可以得到以下几点重要信息。

首先，可以确定机翼的固有频率范围，即机翼在不同频率范围内的振动特性。

这对于航空器的设计和改进非常重要，因为它可以帮助设计师避免机翼的固有频率与外部激励频率一致，从而减小机翼的共振现象。

其次，可以得到机翼的不同模态形状。

这对于分析机翼的结构刚度分布和优化结构设计非常重要。

值得一提的是，ANSYS还提供了其他一些分析技术和工具，如频率响应分析和降阶模型。

摘要介绍近年来将有限元软件ＡＮＳＹＳ应用于风力机叶片设计和分析的发展概况．并详细阐述使用ＡＮＳＹＳ实现叶片从实体建模、材料参数定义、网格划分到性能计算的设定方法．为更好的进行风力机叶片结构设计、强度分析奠定基础。

关键词风力机叶片ＡＮＳＹＳ软件分析中图分类号：ＴＫ８３１．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—９０６４（２００９）０２－０１０２－０３随着大型有限元通用程序的推广和普及以及计算机硬件技术的飞速发展，有些高校、企业和科研单位开始将有限元分析技术用于风力机叶片分析设计研究之中，但还不是很普及。

ＡＮＳＹＳ软件是市场占有率最高的有限元软件之一。

它是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件｛”。

风力机在风能利用中占有最主要的地位．而叶片则是风力机中核心的部件。

大型水平轴风力发电机组终年运行在复杂的自然环境中，所受载荷情况非常复杂．主要包括空气动力载荷、重力载荷和惯性载荷。

在风力发电机组的研究设计中，为了对其零部件进行强度分析、结构力学分析以及寿命计算，确保风力机在其设计寿命内能够正常运行。

必须对风力机及其零部件进行静、动态分析。

为风力机叶片结构改进和优化设计提供可靠的依据。

本文就近年来研究人员利用有限元法对叶片进行分析设计进行了总结，介绍了ＡＮＳＹＳ在叶片分析设计中的几种强大功能，应用这些功能可帮助研究人员进一步缩短研发时间，提高工作效率，降低研发成本。

ｌ叶片的实体建模一般构造叶片实体模型的方法有２种：①在ＡＮＳＹＳ有限元程序中直接创建实体模型。

可以采用自底向上自顶向下或者混合的建模方法；（函引入实体模型是将ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中Ｐｒｏ，Ｅ、ＵＧ等创建好的实体模型通过数据接口转换过滤器引入到有限元分析程序中去进行分析的一种方式。

由于风力机叶片外形和截面形状复杂，在翼展方向还存在扭转角和渐缩的弦长．使得对叶片的实体建模存在较大的困难。

一般采用国际流行三维建模软件Ｐｒ０／Ｅ对叶片进行实体建模１２ｌ。

均匀直杆的子空间法模态分析1.模态分析的定义及其应用模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时，也可以作为其它动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

ANSYS的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片等的模态分析，后者则允许在建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

ANSYS提供的模态提取方法有:子空间法(subspace)、分块法(block lancets),缩减法(reduced/householder)、动态提取法(power dynamics)、非对称法(unsymmetric),阻尼法(damped), QR阻尼法(QR damped)等，大多数分析都可使用子空间法、分块法、缩减法。

ANSYS的模态分析是线形分析，任何非线性特性，例如塑性、接触单元等，即使被定义了也将被忽略。

2.模态分析操作过程一个典型的模态分析过程主要包括建模、模态求解、扩展模态以及观察结果四个步骤。

(1).建模模态分析的建模过程与其他分析类型的建模过程是类似的，主要包括定义单元类型、单元实常数、材料性质、建立几何模型以及划分有限元网格等基本步骤。

(2).施加载荷和求解包括指定分析类型、指定分析选项、施加约束、设置载荷选项，并进行固有频率的求解等。

指定分析类型，Main Menu- Solution-Analysis Type-New Analysis,选择Modal。

指定分析选项，Main Menu-Solution-Analysis Type-Analysis Options，选择MODOPT(模态提取方法〕，设置模态提取数量MXPAND.定义主自由度，仅缩减法使用。

汽轮机叶片是汽轮机运行做功的关键部件。

由于高温高压蒸汽始终在叶片间高速流动，需要叶片承受离心负荷、气动负荷以及振动的交变负荷等，使叶片更易发生疲劳损伤，影响汽轮机的寿命[1]。

如今的汽轮机日益追求制造厂总装整体发运，这类汽轮机有着体积小、转速高的特点，其动叶片往往更容易损坏。

为避免动叶片振动故障的出现，有必要在动叶片的设计研制过程中进行振动固有特性分析，分析叶片的固有频率、振型及振动应力分布[2]。

随着科技发展，传统的火电行业也投运了越来越多的高转速汽轮机，而高转速汽轮机的叶片对强度有更高的要求。

此外，不规则截面扭叶片的使用也越来越多，而使用传统公式计算扭叶片的频率较难实现。

使用有限元分析方法，可以利用计算机快速得到动叶片的固有频率和振型，为高转速汽轮机叶片研发提供方便。

本文使用UG建立了某高转速汽轮机动叶片的三维模型，并使用ANSYS Workbench对其进行了模态分析。

1　建立三维有限元模型1.1　三维模型的建立使用三维建模软件UG建立动叶片的三维模型。

该叶片分为叶根、型线和围带3个部分，其叶根为菌型叶根，型线为下宽上窄的扭曲叶片，如图1所示。

首先将型线截面数据导入AutoCAD，得到型线各截面的三维线框。

其次，将三维线框导入UG，使用“通过曲线组”命令，依次选择各截面线框，建立型线部分的三维模型。

最后，用拉伸、旋转命令建立叶根和围带的三维模型，此时一个完整的叶片模型已经建好。

将建立的模型导出为.x_t格式文件，以便将三维模型导入ANSYS Workbench进行有限元分析。

1.2　叶片的材料属性叶片材料为1Cr12Ni2W1Mo1V，密度为7.82g/cm3，弹性模量为223×103MPa，泊松比为0.29[3]。

将材料的数据输入ANSYS材料库，并将导入到ANSYS Workbench的动叶片模型材料改为1Cr12Ni2W1Mo1V（导入模型默认材料为结构钢）。

图1　三维模型1.3　网格划分及边界条件使用ANSYS Workbench自带的智能网格划分工具进行网格划分，围带、型线和叶根均采用八节点六面体网格，网格间隔取1mm，其中叶根接触区域网格可视情况适当加密。

第17卷第4期 湖南工程学院学报 Vo1.17.No .42007年12月 Jour na lof Hunan I nstitute of Engineering Dec .2007收稿日期3作者简介胡凤兰(56),女,副教授,研究方向机械产品精度及几何量误差检测基于ANSYS 的叶片泵有限元分析胡凤兰,谭季秋,高为国,高文举(湖南工程学院机械工程系,湖南湘潭411101) 摘　要:在现代工程设计中通过有限元分析,得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析,可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题.介绍了利用ANSYS 软件进行叶片泵有限元分析的过程.为叶片泵的优化设计提供了依据.关键词:叶片泵;有限元分析;模态分析中图分类号:TH137 文献标识码:A 文章编号:1671-119X (2007)04-0031-030　引　言油泵作为液压系统的重要部件,它的性能和寿命在很大程度上决定着整个液压系统的工作能力,因此对油泵的合理设计和正确使用显得格外重要.其结构设计就要使其具有承受更高热负荷和机械负荷的能力,以达到所需的可靠性要求,提高液压产品的效率.本文利用AUT OCAD,ANSYS 等软件的实体建模建立了叶片泵中一些关键零件的三维实体模型,对其进行了结构分析计算,主要是定子与转子间的中心距,可使改进后的油泵,结构更合理,运行效率高.在液压传动与控制中使用最多的液压泵主要有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵三中类型.其中叶片泵是在近代液压技术发展史上最早的一种液压泵之一.与齿轮泵、柱塞泵相比,叶片泵具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪声低的突出优点.在各类液压泵中,叶片泵输出单位液压功率所需的重量几乎是最轻的.由于结构比较简单,其价格也比柱塞泵低,而且可以和齿轮泵竞争.与此同时,将叶片泵的噪声控制在65～68dB (A )以下的低噪声水平完全可能,甚至可以更低,这也是齿轮泵和柱塞泵所无法比拟的,但它也存在着结构复杂、吸油能力差、对油液污染敏感等缺点.1　叶片泵的特性与工作原理叶片泵的性能主要通过流量(或排量)、压力、转速、驱动扭矩、效率、吸入性能等特性参数来表示.此外,自上个世纪60年代以来,随着叶片泵向高压、高转速方面发展,噪声和使用寿命也成了衡量叶片泵性能的重要指标.叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵,本文仅对双作用叶片泵进行有限元分析.双作用叶片泵的工作原理如1图所示,转子10和定子9是同心的,定子内表面由八段曲面拼合而成:两段半径为R 的大圆弧面、两段半径为r 的小圆弧面以及连接圆弧面的四段过渡曲面.当转子沿图示方向转动时,叶片6在离心力和通往叶片底部压力油的作用下紧贴在定子的内表面上,在相邻叶片之间形成密封容腔.显然,右上角和左下角的密封容腔容积逐渐变大,所在的区域是吸油区;左上角和右下角的密封容腔容积逐渐变小,所在的区:2007-0-12:19-:.域是压油区.在吸油区和压油区上,配油机构提供了相应的吸油窗口和压油窗口,并用封油区将吸油区和压油区隔开.可以看出,当转子转一转时,每个工作容腔完成吸油、压油动作各两次,所以称为双作用叶片泵.这种泵的两个吸、压油区是径向对称分布的,所以作用在转子上的液压力是径向平衡的.显然,这种泵的排量是不可调的,只能做成定量泵.2　叶片泵有限元分析叶片泵有单联泵和双联泵两种形式.是一种将电动机输出的机械能转换为液压能的能量转换装置,在液压系统中作为提供一定流量压力的液压能源.该泵结构紧凑、体积小、流量均匀、压力脉动小、噪音低、效率高、性能可靠、价格合理.广泛使用在各种中低压液压系统中,如各种金属切削机床、油压机、塑料机械以及各类工程机械等.下面以一种双联泵为例具体说明利用ANSY S软件的有限元分析过程.1)叶片泵基本参数及受力分析所研究的叶片泵排量815m l/r,最大压力515 MPa,进出口压力差为015MPa,转速范围500～7000 r/m in,叶片采用W6Mo5Cr4V2合金钢,定子采用耐磨合金钢.先对叶片泵理论应力值进行粗略计算,忽略液体对转子的作用,认为转子严格按照渐开线型转动.由公式T=q△p2π;其中q为排量,△p为进出口压力差,π取3.14.即可得输入转子的扭矩约为T=q△p2π=815×0152π=0167675N m标定工况时,转子带动叶片匀速转动,所以可视为定子在接触点给叶片一个与输入扭矩等大小的扭矩T1,即T1=T.其中T1=F tF为叶片在接触点受到的垂直于接触表面的力; t为通过F方向的直线与转子中心的垂直距离.如图2所示:图　叶片泵受力示意图当叶片开始进入叶片槽根部的圆孔时,由几何方法算得t=3.29mm=3.29×10-3m.即F=Tt=01676753129×10-3=205170N采用赫兹公式计算叶片开始进入叶片槽时的接触应力:σH=F ib cπρe i(1-u21E1+1-u22E2)由于油泵中的叶片及定子均采用合金钢,所以E1,E2为两接触材料的当量弹性模量,均采用钢的弹性模量2.06×105MPa.u1,u2为两接触材料的泊松比;取u1=u2=0.3;F i为某一啮合部位的作用力(N).bc原为接触线宽度,现为转子宽度,为22mm.ρe i为当量曲率半径(mm),ρe i=ρ1ρ2/(ρ1-ρ2);因为定子的曲率半径一定,由CA D图知,定子的曲率半径22.40mm.叶片的顶端半径为1mm.所以当量曲率半径一定,为1.0467mm.由上式可知,其他条件不变,Fi最大时σH最大.取叶片开始进入叶片槽时的初始受力205.7N.综合上述参数,代入公式,算得σH=19.79MPa.2)叶片和定子的有限元分析(1)建立模型及其结构简化利用P r o/E建好叶片、定子、转子模型,装配后叶片泵内的核心部分如图3所示.在有限元的前处理中,需要对计算模型进行一些合理的简化.根据零件的设计形式和受力特点,忽略尺寸较小不作为主要承受力的开孔部分,对于明显不会影响整体强度,刚度的部分,如螺孔和花键都可以简化忽略.图3　叶片泵模型图 ()网格划分建好实体模型后,划分网格是建立有限元分析模型的又一重要环节,所划分的网格形式对计算精度及计算规律将产生直接影响,该叶片泵23 湖南工程学院学报 2007年22由于定子和转子相对叶片很大,所以对定子和转子使用S MART SI ZE8进行自由网格划分,又因为主要研究的是叶片与定子的应力应变,为了精确分析,可以对叶片部分使用S MART S I ZE3进行自由网格划分.网格划分以后的模型如图4所示.图4　叶片泵网格划分图 (3)负载及约束因为叶片泵的损坏集中在叶片上,所以可将转子和定子视为刚体,仅分析叶片和定子间的受力情况.运行主菜单,约束转子除旋转自由度外的所有自由度,约束定子的所有自由度,完成后的模型如图5所示.图5　叶片泵约束加载模型 加载:在内转子上面施加一逆时针方向的旋转角速度,大小为3000r/m in .将油对转子的阻碍作用简化为一在外转子上施加的顺时针方向扭矩,其大小等于输入扭矩的大小,即676.75N mm .(4)求解:首先分析叶片情况并分析典型的工况,即叶片开始运动,叶片开始进入叶片槽根部的圆孔时,叶片完全进入叶片槽,叶片开始滑离叶片槽,考虑到该叶片泵在转动时的多种工作状态,均有相应的设计要求,其中叶片开始进入叶片槽根部的圆孔时应力最大,选择此时的工作状况进行观察,并与理论的应力值(19.79MPa )比较.使用L s -dyna 软件对该对叶片进行计算,模拟叶片的正常运行情况,用后处理器可直观地看出叶片泵工作中各个状态下叶片的最大应力值,叶片开始运动时的最大应力值为7134MPa,叶片开始进入叶片槽根部圆孔时的最大应力值最大,为20.41MPa,如图6所示,叶片完全进入叶片槽时的最大应力值为13102MPa,叶片开始滑离叶片槽时的最大应力值为11.12MPa .图6　叶片开始进入叶片槽根部的圆孔3　结果分析求解完成后,应用后处理器可直观地看出叶片泵工作过程中各个状态下叶片的最大应力值,可知叶片开始进入叶片槽根部圆孔时的最大应力值最大,为20141MPa,而计算的此状态下的理论值为19179MPa,误差为3113%,可知用ANSY S /L s -Dyna 模拟叶片泵的叶片应力强度是很成功的.对叶片泵的有限元分析表明,承载区域主要集中在以叶片与定子的接触点为中心的区域内.此外,对叶片泵泵体进行模态分析,从其模态变形相对位移云图和相对位移应力图(图略)上可以看出,当激振力频率从41209Hz 增加到51728Hz 时,发生的最大形变逐渐增加,激振力频率再增加到71341Hz,发生的最大形变急剧下降.可以确定,共振发生在频率为51728Hz 的附近,也就是说此叶片泵的固有频率在51728Hz 的附近,所以我们要避开这个频率或者最大限度地减小对这个频率的激励,从而消除过度振动和噪音.减少变形,提高叶片泵的使用寿命.参　考　文　献[]　姜继海,宋锦春,高常识液压与气压传动[M ]高等教育出版社,(下转第5页)33第4期 胡凤兰等:基于ANSY S 的叶片泵有限元分析1..2002.4参　考　文　献[1]　Overview of the MPEG -4Standard [S ].I SO /IEC JT 2CE1/S C29/W G 11,M ar,2000,N3342.[2]　蔡朝晖.多路视频信号的统计复用[J ].中国图像图形学报,1999:153-156.[3]　L in Y D ,Liu C M.Ti m estamp -sensitive Scheduling A l 2g orith m for M PEG -2M ulti plexer i n CAT V [J ].IEEETrans On B r oadcasting,1998,44(3):336-345.[4]　陆其明.DirectSho w 开发指南[M ].北京:清华大学出版社,2003.An A lgor ithm of M ulti ple M ed i a Str eam Scheduler Ba sed on W ei ghtCAO Li -yu 1,YAN G Ge -lan 2,HE J ian -xin2(1.NO 95147t he Chine se People πs L ibe rati on A r my,Xingning 510200,China;2.Dept .of Compute r Sc ience,Hunan C ity University,Yiy ang 413049,Chi na )Abstrac t:Considering the p r oble m of m ultiple media strea m s scheduler,an efficient algorithm based on we igh is presented .This algorith m i mbibe s the m eritsof other alg othrith m s ofm ulti p le m edia str ea m scheduler .More ove r ,the pr oble m of the PR I of m ultiple m edia strea m scheduler is als o discussed.Expe ri m ental results pr ove the fea sibility and the effic iency of the algorithm.Key wor ds:video;audio;MPEG -4;schedule r(上接第33页)[2]　黎克英,陆详生.叶片式液压泵和马达[M ].机械工业出版社,1993.[3]　刘　涛,杨凤鹏.精通ANSYS [M ].清华大学出版社,2002.[4]　刘国庆,杨庆东.ANSYS 工程应用教程(机械篇)[M ].中国铁道出版社,2003.[5]　博弈创作室.ANSYS 7.0基础教程与实例详解[M ].中国水利水电出版社,2004.[6]　洪庆章,刘清吉,郭嘉源.ANSYS 教学范例[M ].中国铁道出版社,2002.[7]　姜　勇,张　波.ANSYS7.0实力精解[M ].北京:清华大学出版社,2004.[8]　Saeed Moav eni,有限元分析—A N SYS 理论与应用[M ].欧阳宇,王崧等译.电子工业出版社,2003.[9]　吴梅香.电脑辅助工程分析:A N SYS 使用指南[M ].中国铁道出版社,2001.03.[10]龚曙光.ANSY S 工程应用实例解析[M ].北京:机械工业出版社,2003.[11]李皓月,周田朋.ANSY S 工程计算应用教程[M ].北京:中国铁道出版社,2003.[12]张朝晖.ANSY S8.0结构分析及实例解析[M ].机械工业出版社,2005.V ane Pum p F i n ite Elem en t Ana lysis Ba sed on ANS Y SHU Feng -lan,TAN J i -qiu,G AO W ei -guo,G AO W en -ju(Dept .of Mech .Eng .,Hunan I nstitute of Engineering,Xiangtan 411101,China )Abstrac t:I n the modern engineering de sign,the finite element analysis is used t o obtain the satisfactor y app r oti 2m ate resuc t of the p r ojeet p r ecisi on so as to substitute the actual str ucture analysis,The finite element analysis can solve the complex pr oble m s in many actua l pr ojectswhich cannot be s olveol by the theor e tical analysis .This artic le f f y y NSYS f ,f z f K y ;f y ;y y 54第4期 曹理宇等:基于权重的多路媒体流复用调度算法intr oduces the pr oce ss o the v ane pu mp inite ele ment anal sis b using the A s o t war e which p r ovides the basis or the o p ti m i ed desig n o the v ane pu mp .e wor ds:vane pu mp inite e le ment anal sis modalit anal sis。

基于ANSYS Workbench的压缩机叶轮模态分析尹君驰;李新;贾明印【摘要】叶轮是压缩机的重要零部件，它对压缩机的动态特性有很大的影响。

对某型压缩机的叶轮系统使用Pro/E5.0建立简化模型，并使用ANSYS Workbench 有限元分析软件，对叶轮系统进行模态分析，查看叶轮固有频率并分析计算其前10阶非零振型，为压缩机叶轮系统的优化设计和动力学分析提供依据。

%As one of the key parts in compressor, impeller system can influence the dynamic characteristics of the system greatly. By using the simplified model of the impeller system built by Pro/E5.0 software, the modal parameters were calculated with finite element software ANSYS workbench. And the foregoing ten non-zero model shape of the compressor impeller system was also analyzed and calculated,which can provide a basis for the optimization design and dynamics analysis of compressor impeller system.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2013(000)007【总页数】3页(P1026-1028)【关键词】离心压缩机;叶轮;模态分析;ANSYS Workbench【作者】尹君驰;李新;贾明印【作者单位】新疆工程学院机械工程系，新疆乌鲁木齐830091;新疆工程学院机械工程系，新疆乌鲁木齐830091;新疆工程学院机械工程系，新疆乌鲁木齐830091【正文语种】中文【中图分类】TQ051叶轮是离心压缩机转子的核心部件，它结构复杂，工作稳定性要求高。

基于ANSYS软件的叶片轮盘的模态有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对叶片轮盘的模态进行分析,计算出叶片轮盘的固有频率和振型。

然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为叶片轮盘的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。

二、问题分析如图1所示为简单叶片轮盘模型，模型基本结构如右所示。

参数如下：1）轮盘：空心，内径（半径）为0.2m，外径（半径）为0.4m；等厚，厚度为0.02m。

2）叶片：简化为长方体，弦长为0.02m，厚度为0.01m，叶高为0.12m。

3）安装：轮盘内孔与阶梯状主轴配合连接。

4）材料：主轴，叶片与轮盘材料相同，密度为8.24 x103kg/m3，弹性模量为2.0x1011Pa，泊松比为0.3。

根据上述条件建立叶片轮盘模型，并建立配合的主轴模型，主轴尺寸自行定义，叶片和轮盘采用共节点连接，轮盘和主轴则采用接触连接，主轴两端固定约束，分析结构前六阶固有频率。

图1 叶片轮盘三、有限元建模首先建立叶片/轮盘结构的三维实体模型，采用软件自带的三维模块进行几何模型建立，首先建立轮盘部件，轮盘尺寸为：空心，内径（半径）为0.2m，外径（半径）为0.4m；等厚，厚度为0.02m。

建立方法为：首先在草绘面建立轮盘截面，然后通过拉伸功能建立轮盘实体。

完成轮盘建模后，建立叶片部分，叶片尺寸为：简化为长方体，弦长为0.02m，厚度为0.01m，叶高为0.12m。

首先建立叶片截面，然后通过拉伸功能拉伸处单个叶片实体，最后通过环形阵列功能，阵列出18个叶片实体，最终几何模型如下图所示。

再进行主轴部件建立，首先在轮盘圆心位置建立直径为0.4m的草绘圆，并进行拉伸，采用两侧等向拉伸，分别拉伸1m，再做主轴两端分别建立直径为0.2m的草绘圆，并拉伸0.5m，形成阶梯轴，如下所示如图 2所示，采用材料默认的结构钢材料即可，材料的杨氏模量为2e11Pa，泊松比为0.3，密度7850kg/m3，所有部件材料为结构钢。