基于设计情形的叶片模态分析.pdf

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1、研究与分析·机械研究与应用·基于设计情形的叶片模态分析李云松，卢艳，刘韵(重庆广播电视大学。重庆4ooo52)摘要：针对某三叶片风扇，建立了叶片的有限元模型。通过对该模型进行模态分析，得到了叶片的固有频率和相应的模态振型，并分析了各阶振型下叶片的振动情况。通过不同的设计情形算例，分析了叶片材料弹性模量、泊松比、质量密度对叶片固有频率的影响。考虑叶片旋转工作状态下离心力会产生预应力的影响，通过加载旋转力矩，求解了多组设计情形的预应力下叶片的固有频率，计算结果表明，叶片的旋转状态会对叶片的振动特性产生影响，离心预应力会使叶片固有频率变大。关键词：叶片；模态分析；设计情形

2、；固有频率中图分类号：TH164文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)02—0027—02ModeanalysisofbladebasedondesignscenariosLiYun—song．LUYan，LiUYun(Chongqingradio&TVuniversity，Chongqing400052，China)Abstract：Thefiniteelementmodeloffanbladewasestablished．Basedonmodalanalysisofthemodel。naturefrequencyandmodalshapeofbl

3、adewerefoundandthevibrationconditionofvariousordervibrationmodelWasanalyzed．Usingvariousstud．iesofdesignscenariosanalyzedtheefectofbladeelasticitymodules，poissonSratioandmassdensityonbladeSnaturalfre-queney．Consideringtheinfluenceofpre—stressforworkingblade，themulti—groupnaturalfrequen

4、cyWascalculatedthroughloadingrevolvingtorque．ThenumefieMresultsshowedthatbladeflrotationalconditioncarlafectbladeSvibratorycharacter-istie，centrifugalforcecanincreasethebladeSnaturalfrequency．Keywords：blade；modeanalysis；designscenarios；naturalfrequency1引言N／m，泊松比：0．41，质量密度：890kg／m。为了提高风

5、扇的工作效率，在设计中常采用减小叶片厚度来提高叶轮外径的圆周速度，但同时也增大了叶片的应力。从叶片的结构特点可知，较薄的叶片以及其过度的前掠或后掠，其重心也就偏离了叶根截面中心。在高速旋转下产生的离心力和不均匀流场会造成叶片升力变化，从而激发叶片振动，当激振力图1风扇叶片模型图2叶片有限元模型的频率与叶片的固有频率相等或成整数倍时，叶片就会发生共振⋯，造成叶片提前疲劳损坏，所以对风扇笔者采用大型专业有限元分析软件COSMO—叶片的模态特征分析是其结构设计的重要指标之一。SWorks中的频率分析算例来求解风扇叶片的模态特笔者采用有限元技术，对风扇叶片进行了模态分征。模

6、型网格采用二阶(高品质)实体四面体单析。通过不同的设计情形的研究，得出叶片在不同的元【2J，并采用高质量的单元大小：6．24641mill，公差：材料属性以及不同转速下的动力学特性，为设计提供0．31232mm，单元数：9563，节点数：19275。其有限元理论的参考依据。模型如图2所示。在叶片轮中心孔处加一固定支撑2有限元模态计算的约束边界条件来模拟其与电机转轴的联结。2．1有限元的模型建立2．2固有频率及振型分析风扇叶片为复杂的空间曲目模型，其面轮廓较为为了能准确分析各个叶片的振动模态特性，对叶复杂，故先采用精度较高的三维坐标仪测量曲面轮片采用了全叶片分析，而没

7、有采取简化单个叶片的分廓，再利用三维CAD软件建模，得出风扇叶片的物理析。笔者以其结果中的一阶和二阶挥舞振型为例来模型。实际叶片模型如图1所示。研究叶片的固有振动特性，振型如图3所示。根据叶片材料为共聚PP，弹性模量：8．96X108从图3中可以看出1A的振动特性为：1个叶片收稿日期：2010—03—05作者简介：李云松(1983一)，男，四川巴中人，硕士，主要从事机械设计与制造方面的教学科研工作。·27·研究与分析·机械研究与应用·保持不动，另外两个叶片作反对称振动；1B的振动特的固有频率，密度的增加使叶片的固有频率降低。性为：其中1个叶片想对于另两个叶片作反