1、Civil Aviation University of China航空發動機強度與振動課 程 設 計 報 告姓 名： 尹磊 專 業： 飛行器動力工程 班 級： 100141E 指導教師： 張瑩2013 年 11月題目及要求題目 基于 ANSYS 的葉片強度與振動分析1. 葉片模型研究對象為壓氣機葉片，葉片所用材料為 TC4 鈦合金， 相關參數如下：材料密度： 4400kg / m3彈性模量：1.09 1011Pa泊松比 ： 0.34 屈服應力：820Mpa葉片模型如圖 1 所示。 把葉片簡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 個點通過 splin

2、e（樣條曲線）功能生成，各點位置如圖 2 所示，其坐標如表 1所示。圖 1 葉片模型圖 2 葉型曲線表 1 各點坐標值（單位：m）坐標值123456x00.0280.0570.0280-0.002y00.00300.0060.0050.002葉根截面距旋轉軸（x 軸）0.6m，即 z 坐標為 0.6m；葉片長度為 0.12m。注：葉片尾緣過薄，可以對尾緣進行修改，設置一定的圓角。2. 葉片的靜力分析葉片在轉速為 1500rad/s 下的靜力分析。要求：得到 von Mises 等效應力分布圖，對葉片應力分布進行分析說明。并計算葉片的 安全系數，進行強度校核。3. 葉片的振動分析（1）葉片靜頻計

3、算與分析要求：給出 1 到 6 階的葉片自振頻率、振型圖，并說明其對應振動類型。（2）葉片動頻計算與分析要求：列表給出葉片在轉速為 500rad/s，1000rad/s，1500rad/s，2000rad/s 下的動頻值。（3）葉片共振分析要求：根據前面的計算結果，做出葉片共振圖（或稱 Campbell 圖），找出葉片的共振點 及共振轉速。由于一彎、二彎、一扭振動對于葉片比較危險，故只對這三類振動 進行共振分析。4. 按要求撰寫課程設計報告說明：1.網格劃分必須保證結果具有一定精度。2.各輸出結果圖形必須用 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、相關信息；以下報告內容格式自定。4.課程設計完成后，（黑白）打印紙質報告提交。基于 ANSYS 的葉片強度與振動分析1. ANSYS 進行有限元分析的一般步驟1 .建立模型：定義材料基本屬性（實體，密度，彈性模量，泊松比等），建立實體模型，確定與旋轉軸之間的關系，將實體網格化。）2. 加載并求解：選擇加載面，添加轉速，靜態求解。修改分析類型。3 . 查看分析結果：按要求（如vonMises）查看應力分布圖和計算結果。.2. 葉片的靜力分析（給出應力圖、位移圖，并進行分析）應力圖位移圖由圖可知離心拉伸應力從葉根沿葉高逐漸減小，因為截面的離心拉伸應力是該截面以上質量所產生離心力，越接近葉根，其上部

5、質量越大，故所產生的離心拉伸應力越大安全系數s=0.443. 葉片的振動分析（1）葉片靜頻計算與分析一階振型 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）葉片動頻計算與分析轉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除彎曲和扭轉振動外，在葉片上還會出現許多其他振型。其中有

6、的是彎曲和扭轉的復合振型，有些振型還難以給以名稱。其中一階彎曲振動、二階彎曲振動、一階扭轉振動較為常見，危險性也最大。對于壓氣機葉片而言，最重要的是一、二彎和一扭振型；對于渦輪葉片，大多是一彎和一扭振型。（3）葉片的共振分析轉速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在某一轉速下，當激振力的頻率值和葉片固有的自振頻率值（靜頻值或動頻值）相同時，也就是上圖中射線和上升曲