基于ANSYS的汽轮机扭曲叶片模态分析

基于ANSYS和NUMECA的航空发动机涡轮风扇叶片结构仿真分析林静;潘苏瑜【摘要】本文通过UG软件对NASA Rotor67风扇叶片进行建模,使用ANYSY对其进行离心静变形仿真分析,运用NUMECA对其进行气动力仿真分析,得出叶片在离心力和气动力作用下的变形情况.%Based on the UG software to NASA Rotor67 fan blade modeling, the ANYSY on it from Harbin deformation simulation analysis, using NUMECA to aerodynamic simulation analysis, draw a leaf under the action of centrifugal force and deformation of the situation.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】2页(P70-71)【关键词】涡轮风扇叶片;NASA;Rotor67;UG;NUMECA;仿真【作者】林静;潘苏瑜【作者单位】华侨大学机电及自动化学院,厦门 361021;华侨大学机电及自动化学院,厦门 361021【正文语种】中文涡扇发动机，尤其是高涵道比涡扇发动机的风扇叶片是发动机性能的重要衡量标准之一。

因为其产生的推力是涡扇发动机外涵道推力的全部来源。

风扇叶片是涡轮风扇发动机的重要零件。

NASA Rotor67是NASA Lewis研究中心设计的二级风扇中第一级轴流跨声速转子，是为数不多有详细公开发表测试数据的算例。

该风扇被广泛应用于气动计算。

本文选取跨声速风扇叶片NASA Rotor67叶片为算例，运用UG软件进行建模，利用ANSYS对其进行离心静变形仿真分析，利用NUMECA对其进行气动仿真分析。

为了缩短计算时间，提高效率，转子叶片绕旋转轴转动a=2π/N（N为叶片数）。

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。

基于ANSYS的某型航空发动机涡轮叶片的振动特性分析本文旨在对一款航空发动机的涡轮叶片进行振动特性分析，通过ANSYS软件进行模拟计算，以期评估其振动强度和工作寿命，为发动机设计提供参考。

1. 背景介绍与分析涡轮叶片作为航空发动机中的核心部件之一，其振动特性直接影响发动机的性能和寿命。

因此，在发动机设计中，对涡轮叶片的振动强度和稳定性进行分析和研究是至关重要的。

在本次分析中，我们将以某型航空发动机的涡轮叶片为例，通过ANSYS软件对其进行振动特性分析。

涡轮叶片的几何形状如图所示。

(图片)2. 建模与网格划分首先，在ANSYS中建立三维模型，采用SolidWorks导入到ANSYS平台。

接着，进行网格划分，采用四面体单元网格划分，设置裂纹控制等参数，进行网格剖分。

3. 材料选择与约束条件设置在建立模型和进行网格划分后，需要对涡轮叶片的材料进行选择，同时设定约束条件。

本次研究中，涡轮叶片的材料选用了镍基合金，其密度为8.28g/cm³，杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3。

约束条件包括固定壳体支撑，在振动载荷下叶片不能有位移，不允许旋转。

4. 振动分析在进行建模、网格划分及设置约束条件之后，进入振动分析步骤。

本次分析采用动态分析法，采用隐式求解器求解其模态分析结果。

模态分析结果中包括杆件自然频率、振型形态和统计指标。

5. 计算结果与分析经过模拟计算，得出该涡轮叶片的前三阶固有频率为：335Hz、596Hz、916Hz。

下面就这些结果进行分析：1）自然频率随着振型的变化而变化。

而当达到某一频率时，就会发生共振现象，应引起足够的注意。

2）从涡轮叶片自然频率分析结果来看，其频率较高，工作在这样高的频率下容易导致疲劳断裂，从而出现永久性损坏，缩短了涡轮叶片的工作寿命，亦增加对机体的冲击力。

3) 在涡轮叶片的一些易损部位，比如根部区域，容易发生应力集中，导致应力低于叶片的材料极限从而使叶片疲劳失效。

基于ANSY S 的风力机风轮叶片动力学特性研究Ξ陈荣盛,张礼达,王　旭,张彦南(西华大学能源与环境学院,四川成都　610039)摘　要∶针对20kW 风力机的风轮叶片,采用ANSY S 软件进行有限元分析,得到了风力机风轮叶片上不同阶次的振动频率,为风力机运行参数提供了安全方面的理论基础。

关键词∶风力机;风轮叶片;有限元;振动频率中图分类号∶TK 83 文献标识码∶A 文章编号∶1006-3951(2009)06-0028-03The ANSYS -based Study of Dynamic Characteristics of aWind -pow er Machine ’s Wind Wheel B ladeCHE N R ong -sheng ,ZH ANGLi -da ,W ANG Xu ,ZH ANG Y an -nan(Institute of Energy and Environment X ihua University ,Chengdu 610039,Sichuan ,China )Abstract :The ANSY S s oftware was used to make finite element analysis of a 20kW wind -power machine ’s wind wheel blade and vibration frequencies of the wind wheel blade at various levels have been obtained ,thus providing theoretical basis for operation parameters of wind -power machines in terms of safety.K ey w ords :wind -power machine ;wind wheel blade ;finite element ;vibration frequency0　引言风能是空气流动所产生的动能,是一种取之不尽、无任何污染的可再生能源。

基于ANSYS的叶片泵轴的建模与模态分析【摘要】采用ANSYS有限元软件建立了叶片泵轴的实体模型，并进行了模态分析，得到叶片泵轴的固有频率和振型特征。

通过对叶片泵轴结构参数进行修改，使其固有频率远离叶片泵噪音频率范围，避免噪声的产生，为叶片泵的进一步研究提供了参考依据。

【关键词】叶片泵；模态分析；噪音Modeling and modal analysis of vane pump shaft based on FEMWU Wei（LiaoningTiger Leap fast Yatung Bus Inc Fuxin Management Office Liaoning Fuxin 123000 China）【Abstract】Entity model of vane pump shaft and modal analysis were done by using ANSYS finite element software. Then the natural frequency and characteristics of mode types were gained.The natural frequency of vane pump shaft were out of the frequency range of noise by modifying the structure parameters of vane pump shaft. Noise was avoided. Reference basis for the further study on vane pump is provided.【Key words】Vane pump shaft；Modal analysis；Noise目前叶片泵成为各行各业液压系统中一种重要的辅助工作泵。

随着科技的快速发展，叶片泵正朝着高速、低噪音、大功率以及高压的趋势发展[1]。

基于ANSYS的压气机叶轮振动特性有限元仿真分析黄新忠;赵俊生【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.%The compressor impeller of the automotive turbocharger is often damaged by the vibration, while model analysis for the compressor impeller is a kind of common means to avoid resonance between the impeller and natural frequency,which can effectively avoid the damage caused by the resonance.Based on the software of ANSYS,the mid and low order nature frequency was simulated and calculated by the method of substructure,and the frequency of different speed and different nodal diameter were obtained.In addition, Campbell chart was drawn according to the results to find the resonance speed of the compressor impeller, which provided reference for optimal design of the compressor impellerAt the same time,the method of substructure was proved to be able to obtain accurately the low order natural frequency of whole model.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】3页(P12-14)【关键词】压气机叶轮;振动特性;模态分析;子结构【作者】黄新忠;赵俊生【作者单位】中北大学机械工程与自动化学院,太原030051;中北大学机械工程与自动化学院,太原030051【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK421.81 引言随着人们对内燃机强化要求的不断提高，涡轮增压已被公认为内燃机技术的主要发展方向之一。

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。

ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程（ＭｏｄｅｍＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１２年第４期利用ＡＮＳＹＳ和坎贝尔图对燃气轮机压气机转子模态及临界转速的分析计算龚建政，钟芳明，贺星，汤华涛（海军工程大学船舶与动力学院，武汉４３００３３）摘要：建立了某型燃气轮机低压压气机转子的几何模型，使用可计算陀螺效应的体单元建立了转子的有限元模型。

利用数值仿真软件求解转子的前８阶模态，并基于其高速旋转结构模态分析功能画出了特征频率随转速的变化曲线即坎贝尔图。

计算得到了一阶临界转速，并就支承刚度对其影响进行了研究。

计算结果表明：转子的设计具有良好的结构刚度；设计中需要对压气机转子第４级轮盘附近转鼓的强度给予一定的重视；转子系统临界转速安全系数合理；支承刚度的改变对临界转速的影响处于非敏感区，有利于转子的稳定运行。

关键词：燃气轮机；压气机转子；有限元；模态分析；坎贝尔图；临界转速中图分类号：ＴＫ４７文献标志码：Ａ文章编号：１６７１－－３１３３（２０１２）０４—００７３—０５Ｍｏｄｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｃａｌｃｕｉａｔｉｏｎｒｏｔｏｒｏｎａｌｏｗ．ｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ（ＣｏｌｌｅｇｅｒｏｔｏｒａｒｅｏｆｍａｒｉｎｅｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｂａｓｅｄＭａｒｉｎｅＰｏｗｅｒ，ＮａｖａｌＵｎｉｖ．ｏｆａＡＮＳＹＳＧｏｎｇＪｉａｎｚｈｅｎｇ，ＺｈｏｎｇＦａｎｇｍｉｎｇ，ＨｅＸｉｎｇ，ＴａｎｇＨｕａｔａｏｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）ａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｕｌｌ—ｓｃａｌｅｍｏｃｋ－ｕｐａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｌｏｗｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｒｏｔｏｒｏｆｏｎｇａｓ－ｔｕｒｂｉｎｅａ托ｂｕｉｌｔ．Ｆｉｒｓｔｅｉｓｈｔ８ｐｌｅｅｄｍｏｄｅｓｏｆｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｃｕｒｖｅｓｏｆｅｉｇｅｎｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｒｅｄｒａｗｎｂａｓｅｄｍｏｄｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｓｈｒｏｔａｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｃａｍｐｅｌｌｇｏｏｄｉｎｒｉ－ｄｉａｇｒａｍｉｓｇｉｖｅｎ．Ｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｂｅ撕ｎｇａ弛ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｒｏｔｏｒｉｓｇｉｄｉｔｙ．Ｓｐｅｃｉａｌａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｉｎｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｒｏｔｏｒａｄｊａｃｅｎｔｔｏｔｈｅ４ｔｈｓｔａｇｅｏｆｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ．Ｔｈｅｓａｆｅｔｙｆａｃｔｏｒｏｆｃｒｉｔｉ・ｔＯｃａｌｓｐｅｅｄｉｓ１．７２ａｎｄｉｓｎｏｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｓｕｐｐｏＲｓｔｉｆｆｎｅｓｓ．ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃａｍｐｅｉｌｄｉａｇｒａｍ；ｃｒｉｔｉｃａｌｓｐｅｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓ・ｔｕｒｂｉｎｅ；ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｒｏｔｏｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｍｏｄｅ机械振动产生破坏主要因共振引起，各阶固有频率和振型是结构承受动力荷载的重要设计参数…。