100141536 尹磊 課程設(shè)計(jì)

1、Civil Aviation University of China航空發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度與振動(dòng)課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告姓 名： 尹磊 專 業(yè)： 飛行器動(dòng)力工程 班 級(jí)： 100141E 指導(dǎo)教師： 張瑩2013 年 11月題目及要求題目 基于 ANSYS 的葉片強(qiáng)度與振動(dòng)分析1. 葉片模型研究對(duì)象為壓氣機(jī)葉片，葉片所用材料為 TC4 鈦合金， 相關(guān)參數(shù)如下：材料密度： 4400kg / m3彈性模量：1.09 1011Pa泊松比 ： 0.34 屈服應(yīng)力：820Mpa葉片模型如圖 1 所示。 把葉片簡(jiǎn)化為根部固裝的等截面懸臂梁，無扭向。葉型由葉背和葉盆兩條曲線組成，每條曲線可由 4 個(gè)點(diǎn)通過 splin

2、e（樣條曲線）功能生成，各點(diǎn)位置如圖 2 所示，其坐標(biāo)如表 1所示。圖 1 葉片模型圖 2 葉型曲線表 1 各點(diǎn)坐標(biāo)值（單位：m）坐標(biāo)值123456x00.0280.0570.0280-0.002y00.00300.0060.0050.002葉根截面距旋轉(zhuǎn)軸（x 軸）0.6m，即 z 坐標(biāo)為 0.6m；葉片長(zhǎng)度為 0.12m。注：葉片尾緣過薄，可以對(duì)尾緣進(jìn)行修改，設(shè)置一定的圓角。2. 葉片的靜力分析葉片在轉(zhuǎn)速為 1500rad/s 下的靜力分析。要求：得到 von Mises 等效應(yīng)力分布圖，對(duì)葉片應(yīng)力分布進(jìn)行分析說明。并計(jì)算葉片的 安全系數(shù)，進(jìn)行強(qiáng)度校核。3. 葉片的振動(dòng)分析（1）葉片靜頻計(jì)

3、算與分析要求：給出 1 到 6 階的葉片自振頻率、振型圖，并說明其對(duì)應(yīng)振動(dòng)類型。（2）葉片動(dòng)頻計(jì)算與分析要求：列表給出葉片在轉(zhuǎn)速為 500rad/s，1000rad/s，1500rad/s，2000rad/s 下的動(dòng)頻值。（3）葉片共振分析要求：根據(jù)前面的計(jì)算結(jié)果，做出葉片共振圖（或稱 Campbell 圖），找出葉片的共振點(diǎn) 及共振轉(zhuǎn)速。由于一彎、二彎、一扭振動(dòng)對(duì)于葉片比較危險(xiǎn)，故只對(duì)這三類振動(dòng) 進(jìn)行共振分析。4. 按要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告說明：1.網(wǎng)格劃分必須保證結(jié)果具有一定精度。2.各輸出結(jié)果圖形必須用 ANSYS 的圖片輸出功能，不允許截圖，即圖片背景不能為黑色。3.要求打印封面，并填好

4、相關(guān)信息；以下報(bào)告內(nèi)容格式自定。4.課程設(shè)計(jì)完成后，（黑白）打印紙質(zhì)報(bào)告提交。基于 ANSYS 的葉片強(qiáng)度與振動(dòng)分析1. ANSYS 進(jìn)行有限元分析的一般步驟1 .建立模型：定義材料基本屬性（實(shí)體，密度，彈性模量，泊松比等），建立實(shí)體模型，確定與旋轉(zhuǎn)軸之間的關(guān)系，將實(shí)體網(wǎng)格化。）2. 加載并求解：選擇加載面，添加轉(zhuǎn)速，靜態(tài)求解。修改分析類型。3 . 查看分析結(jié)果：按要求（如vonMises）查看應(yīng)力分布圖和計(jì)算結(jié)果。.2. 葉片的靜力分析（給出應(yīng)力圖、位移圖，并進(jìn)行分析）應(yīng)力圖位移圖由圖可知離心拉伸應(yīng)力從葉根沿葉高逐漸減小，因?yàn)榻孛娴碾x心拉伸應(yīng)力是該截面以上質(zhì)量所產(chǎn)生離心力，越接近葉根，其上部

5、質(zhì)量越大，故所產(chǎn)生的離心拉伸應(yīng)力越大安全系數(shù)s=0.443. 葉片的振動(dòng)分析（1）葉片靜頻計(jì)算與分析一階振型 一彎二階振型 一扭 三階振型 二彎四階振型 一彎五階振型 二扭六階振型 三彎（2）葉片動(dòng)頻計(jì)算與分析轉(zhuǎn)速一階二階三階四階五階六階500413.3517502175.12298.348195666.51000567.451801.52319.62381.54960.35874.81500755.2318782378.32670.95169.36212.72000955.651975.82450.53034.45426.76660.7除彎曲和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)外，在葉片上還會(huì)出現(xiàn)許多其他振型。其中有

6、的是彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合振型，有些振型還難以給以名稱。其中一階彎曲振動(dòng)、二階彎曲振動(dòng)、一階扭轉(zhuǎn)振動(dòng)較為常見，危險(xiǎn)性也最大。對(duì)于壓氣機(jī)葉片而言，最重要的是一、二彎和一扭振型；對(duì)于渦輪葉片，大多是一彎和一扭振型。（3）葉片的共振分析轉(zhuǎn)速K=1K=2K=3K=4K=5K=6K=8500346.39692.781039.171385.561731.952078.342771.121000692.781385.562078.342771.123463.94156.685542.2415001039.172078.343117.514156.685195.856235.028313.3620001385.562771.124156.685542.246927.88313.3611084.48在某一轉(zhuǎn)速下，當(dāng)激振力的頻率值和葉片固有的自振頻率值（靜頻值或動(dòng)頻值）相同時(shí)，也就是上圖中射線和上升曲