CN105930620A - 一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法 - Google Patents

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门秀花
张琨
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Abstract

本发明提供了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，本发明技术方案如下:利用solidworks参数化建模法建立叶轮结构的三维模型；将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格；通过ANSYS软件模态分析模块，计算叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率；考虑温度场影响，计算叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率；对比上述分析中的固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响，为高温环境下叶轮结构故障机理研究提供了理论基础。

Description

一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法
技术领域
本发明涉及一种旋转机械的有限元分析方法，尤其涉及一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法。
背景技术
旋转机械运行时，受到气动激振、机械激振、热流场影响等作用，容易造成机械结构的整机振动，使机体、转子系统、附件系统及主轴承等零部件发生明显的振动响应。同时，伴随着旋转机械转速的提高，转/静件间隙不断减小，加剧了转静子间碰摩的热冲击效应以及转子的干摩擦失稳，严重的热效应会造成叶片断裂、转子失稳和发动机结构的破坏，导致重大运行事故发生。本发明提出了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，可以为叶轮结构故障机理研究提供理论基础。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明提供了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型；
步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格，得到叶轮结构的有限元模型；
步骤三：预应力模态分析，通过ANSYS软件的静力学分析模块和模态分析模块，对叶轮结构进行预应力模态分析，得到叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率；
步骤四：热应力影响下的模态分析，通过ANSYS软件热分析模块、静力学分析模块和模态分析模块，考虑温度场影响，对叶轮结构进行热应力影响下的模态分析，得到叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率；
步骤五：对比步骤三和步骤四中得到的前五阶固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响。
本发明的有益效果是：利用计算机辅助三维建模软件solidworks在复杂三维模型建模方面的优势，采用参数化建模方法建立精准的叶轮结构模型，弥补了有限元软件 在建模方面的劣势；再结合ANSYS强大的网格划分和计算能力，得到叶轮结构在不同转速下的预应力模态和热应力影响下的模态分析结果，为高温环境下叶轮结构故障机理研究提供了准确、可靠的理论基础。
附图说明
图1为本发明的工作流程图；
图2为本发明的叶轮结构的立体结构图。
具体实施方式
参照说明书附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，是本发明一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法的工作流程图，主要有2大部分组成，分别由两个软件来实现。详细步骤如下：
步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型，如图2所示；
步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格，得到叶轮结构的有限元模型，其中关键就是约束的设定和载荷的施加，根据叶轮结构的实际工作情况，确定约束为叶轮结构的中心孔，分别限制x、y、z三个方向的移动和绕y、z轴的转动，确定载荷为叶轮结构整体绕x轴的转动，其中转速分别为100rad/s、300rad/s 500rad/s、700rad/s、1000rad/s；
步骤三：预应力模态分析，通过ANSYS软件的静力学分析模块和模态分析模块，对叶轮结构进行预应力模态分析，得到叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率，计算结果如表1所示；
表1 叶轮结构不同转速下的固有频率（Hz）
步骤四：热应力影响下的模态分析，通过ANSYS软件热分析模块、静力学分析模块和模态分析模块，考虑温度场影响，对叶轮结构进行热应力影响下的模态分析，得到叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率，其中关键就是材料参数的设置，材料参数的设置与材料的性质和温度有关，以K4002合金为例，如表2所示，1000℃时叶轮结构在不同转速下前五阶固有频率如表3所示；
表2 不同温度下K4002合金材料参数
表3 1000℃时叶轮结构在不同转速下前五阶固有频率
步骤五：对比步骤三和步骤四分析结果的前五阶固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响，其结果表明高温环境对叶轮结构的各阶固有频率都有削弱作用，叶轮结构的稳定性有所降低。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖本在发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，其特征在于：所述方法通过solidworks软件建立叶轮结构三维模型、通过ANSYS软件对叶轮结构的热耦合振动特性进行分析，具体分析方法包括以下步骤：
步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型；
步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格，得到叶轮结构的有限元模型；
步骤三：预应力模态分析，通过ANSYS软件的静力学分析模块和模态分析模块，对叶轮结构进行预应力模态分析，得到叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率；
步骤四：热应力影响下的模态分析，通过ANSYS软件热分析模块、静力学分析模块和模态分析模块，考虑温度场影响，对叶轮结构进行热应力影响下的模态分析，得到叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率；
步骤五：对比步骤三和步骤四中得到的前五阶固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106596011A (zh) * 2016-11-21 2017-04-26 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 基于激励点优选和激光测振的小型叶轮模态测试方法
CN106777462A (zh) * 2016-11-07 2017-05-31 中国电子产品可靠性与环境试验研究所 电子组件振动应力的分析方法及系统
CN106979174A (zh) * 2017-05-12 2017-07-25 中国航发湖南动力机械研究所 向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮
CN107145632A (zh) * 2017-04-06 2017-09-08 许继集团有限公司 一种锥形塔筒预应力模态计算方法
CN107169182A (zh) * 2017-05-02 2017-09-15 句容市江电电器机械有限公司 风道结构设计方法
CN108427844A (zh) * 2018-03-16 2018-08-21 北京工业大学 考虑温度和随机振动载荷的加筋板结构疲劳寿命计算方法
CN110083937A (zh) * 2019-04-26 2019-08-02 南京理工大学 一种基于Navier-Stokes方程的防波堤桨叶模态分析方法
CN110162861A (zh) * 2019-05-15 2019-08-23 西北工业大学 一种基于有限元的涡轮泵充浸液湿模态分析方法
CN110175382A (zh) * 2019-05-16 2019-08-27 国网山西省电力公司检修分公司 一种基于ansys的盆式绝缘子缺陷模态分析方法
CN110543694A (zh) * 2019-08-13 2019-12-06 中国航发贵阳发动机设计研究所 一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法
CN110610056A (zh) * 2019-09-24 2019-12-24 张家港市恒强冷却设备有限公司 电机冷却器振动校核方法
CN110688797A (zh) * 2019-09-26 2020-01-14 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种用于汽轮机叉型叶根叶片的有限元计算方法
CN111104713A (zh) * 2019-12-23 2020-05-05 中国民用航空飞行学院 一种叶-盘结构耦合振动特性分析方法
CN112134410A (zh) * 2020-09-28 2020-12-25 揭阳市汇宝昌电器有限公司 一种永磁电机的稳态温度场模型的优化散热设计方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130170947A1 (en) * 2009-10-09 2013-07-04 Rolls-Royce Plc Rotor behaviour determination
CN103353912A (zh) * 2013-06-28 2013-10-16 洛阳北川重工机械有限公司 内平动齿轮减速器外齿板的有限元分析方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130170947A1 (en) * 2009-10-09 2013-07-04 Rolls-Royce Plc Rotor behaviour determination
CN103353912A (zh) * 2013-06-28 2013-10-16 洛阳北川重工机械有限公司 内平动齿轮减速器外齿板的有限元分析方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王鄢: "大型离心压缩机叶轮动力分析方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
艾书民: "温度场对航空发动机转子系统动力学特性影像的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
艾书民等: "稳态温度场作用下涡轮叶片振动特性的研究", 《沈阳航空航天大学学报》 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106777462A (zh) * 2016-11-07 2017-05-31 中国电子产品可靠性与环境试验研究所 电子组件振动应力的分析方法及系统
CN106596011A (zh) * 2016-11-21 2017-04-26 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 基于激励点优选和激光测振的小型叶轮模态测试方法
CN107145632A (zh) * 2017-04-06 2017-09-08 许继集团有限公司 一种锥形塔筒预应力模态计算方法
CN107169182A (zh) * 2017-05-02 2017-09-15 句容市江电电器机械有限公司 风道结构设计方法
CN106979174A (zh) * 2017-05-12 2017-07-25 中国航发湖南动力机械研究所 向心涡轮调频方法、装置及向心涡轮
CN108427844A (zh) * 2018-03-16 2018-08-21 北京工业大学 考虑温度和随机振动载荷的加筋板结构疲劳寿命计算方法
CN110083937B (zh) * 2019-04-26 2022-09-27 南京理工大学 一种基于Navier-Stokes方程的防波堤桨叶模态分析方法
CN110083937A (zh) * 2019-04-26 2019-08-02 南京理工大学 一种基于Navier-Stokes方程的防波堤桨叶模态分析方法
CN110162861A (zh) * 2019-05-15 2019-08-23 西北工业大学 一种基于有限元的涡轮泵充浸液湿模态分析方法
CN110175382A (zh) * 2019-05-16 2019-08-27 国网山西省电力公司检修分公司 一种基于ansys的盆式绝缘子缺陷模态分析方法
CN110175382B (zh) * 2019-05-16 2022-10-14 国网山西省电力公司检修分公司 一种基于ansys的盆式绝缘子缺陷模态分析方法
CN110543694A (zh) * 2019-08-13 2019-12-06 中国航发贵阳发动机设计研究所 一种航空发动机辅助吊挂拉杆振动计算方法
CN110610056A (zh) * 2019-09-24 2019-12-24 张家港市恒强冷却设备有限公司 电机冷却器振动校核方法
CN110688797A (zh) * 2019-09-26 2020-01-14 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种用于汽轮机叉型叶根叶片的有限元计算方法
CN110688797B (zh) * 2019-09-26 2023-07-28 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 一种用于汽轮机叉型叶根叶片的有限元计算方法
CN111104713A (zh) * 2019-12-23 2020-05-05 中国民用航空飞行学院 一种叶-盘结构耦合振动特性分析方法
CN112134410A (zh) * 2020-09-28 2020-12-25 揭阳市汇宝昌电器有限公司 一种永磁电机的稳态温度场模型的优化散热设计方法

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