航空发动机强度与振动.docx

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 1. 叶片模型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/m 3 弹性模量: *10 11 Pa 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 2. 叶片的静力分析(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。 3. 叶片的振动分析(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。 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= 44 00kg/m 3, 弹性模量为 EX= a 11P 10 .09 2?, 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 15 00rad/ 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, 然后以图形或者数据列表的形式输出。结构的变形图、内力图( 轴力图、弯矩图、剪力图), 各节点的位移、应力、应变,还有位移应力应变云图都可以得出,为我们分析问题提供重要依据。在本课程设计中, 主要是通过后处理模块查看叶片变形的位移振动图( DOF solution )和 von Mises 等效应力分布图(stress) 。算出的动频值结果可以在 Resul