航空发动机强度与振动.doc

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航空发动机强度与振动
课 程 设 计 报 告
题目及要求
题目 基于 ANSYS 的叶片强度与振动分析
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研究对象为压气机叶片，叶片所用材料为 TC4 钛合
金，相关参数如下：
材料密度：4400kg/m3 弹性模量：*1011Pa
泊松比 ： 屈服应力：820Mpa
叶片模型如图 1 所示。把叶片简化为根部固装的等截
面悬臂梁。叶型由叶背和叶盆两条曲线组成，可由每条曲
线上 4 个点通过 spline（样条曲线）功能生成，各点位置
如图 2 所示，其坐标如表 1 所示。
注：叶片尾缘过薄，可以对尾缘进行修改，设置一定的圆角
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（1）叶片在转速为 1500rad/s 下的静力分析。
要求：得到 von Mises 等效应力分布图，对叶片应力分布进行分析说明。并计算叶片的安全系数，进行强度校核。

（1）叶片静频计算与分析
要求：给出 1 到 6 阶的叶片振型图，并说明其对应振动类型。
（2）叶片动频计算与分析
要求：列表给出叶片在转速为 500rad/s，1000rad/s,1500rad/s,
2000rad/s 下的动频值。
（3）共振分析
要求：根据前面的计算结果，做出叶片共振图（或称 Campbell 图） ，找出叶片的共振点及共振转速。因为叶片一弯、二弯、一扭振动比较危险，故只对这些情况进行共振分析。
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3. 按要求撰写课程设计报告
说明：网格划分必须保证结果具有一定精度。各输出结果图形必须用 ANSYS 的图片输出功能，不允许截图，即图片背景不能为黑色。
课程设计报告
基于 ANSYS 的叶片强度与振动分析
1. ANSYS 有限元分析的一般步骤
（1）前处理
前处理的目的是建立一个符合实际情况的结构有限元模型。在Preprocessor 处理器中进行。包括：分析环境设置（指定分析工作名称、分析标题）、定义单元类型、定义实常数、定义材料属性（如线弹性材料的弹性模量、泊松比、密度）、建立几何模型（一般用自底向上建模：先定义关键点，由这些点连成线，由线组成面，再由线形成体）、对几何模型进行网格划分，网格的划分往往越密集所求应力分布越明显，但为了电脑计算方便，运行速度快一点，本次设计共划分50个网格（分为三个步骤：赋予单元属性、指定网格划分密度、网格划分）
在本课程设计中，先在Preferences中定义了所要研究的对象是structural（结构），然后在Preprocessor中定义材料的类型为structural solid->Brick 8node 50再设定材料密度为DENS=
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4400kg/m3，弹性模量为EX=，泊松比为PRXY=。最后根据叶片在空间的摆放位置创建关键点（Keypoints）,然后依次建立面（Areas）->体(Volumes)。
（2）施加载荷、设置求解选项并求解
这些工作通过Solution处理器来实现。指定分析类型（静力分析、模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析、谱分析等）、设置分析选项（不同分析类型设置不同选项，有非线性选项设置、线性设置和求解器设置）、设置载荷步选项(包括时间、子步数、载荷步、平衡迭代次数和输出控制)、加载（ANSYS结构分析的载荷包括位移约束、集中力、面载荷、体载荷、惯性力、耦合场载荷，将其施加于几何模型的关键点、线、面、体上）然后求解。
在本课程设计中，静力分析时要固定底面边界，施加1500rad/s绕X轴的转速；模态分析中的静频分析时要固定底面边界，设定6阶最大阶数，然后求解（solve），最后查看结果;模态分析中的动频分析时要固定底面边界，先在static分析类型中第一次求解（solve）出对应转速下的离心拉伸应力，然后再到modal分析中第二次求解（solve）出动频值，求解时要考虑离心拉伸应力的影响。
（3）后处理
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当完成计算以后，通过后处理模块General Postproc查看结果。ANSYS软件的后处理模块包括通用后处理模块（POST1）和时间历程后处理模块(POST26)。可以轻松获得求解计算结果，包括位移、温度、应变、热流等，还可以对结果进行数学运算，然后