基于ANSYS的汽轮机扭曲叶片模态分析
基于ANSYS和NUMECA的航空发动机涡轮风扇叶片结构仿真分析
基于ANSYS和NUMECA的航空发动机涡轮风扇叶片结构仿真分析林静;潘苏瑜【摘要】本文通过UG软件对NASA Rotor67风扇叶片进行建模,使用ANYSY对其进行离心静变形仿真分析,运用NUMECA对其进行气动力仿真分析,得出叶片在离心力和气动力作用下的变形情况.%Based on the UG software to NASA Rotor67 fan blade modeling, the ANYSY on it from Harbin deformation simulation analysis, using NUMECA to aerodynamic simulation analysis, draw a leaf under the action of centrifugal force and deformation of the situation.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】2页(P70-71)【关键词】涡轮风扇叶片;NASA;Rotor67;UG;NUMECA;仿真【作者】林静;潘苏瑜【作者单位】华侨大学机电及自动化学院,厦门 361021;华侨大学机电及自动化学院,厦门 361021【正文语种】中文涡扇发动机，尤其是高涵道比涡扇发动机的风扇叶片是发动机性能的重要衡量标准之一。
因为其产生的推力是涡扇发动机外涵道推力的全部来源。
风扇叶片是涡轮风扇发动机的重要零件。
NASA Rotor67是NASA Lewis研究中心设计的二级风扇中第一级轴流跨声速转子，是为数不多有详细公开发表测试数据的算例。
该风扇被广泛应用于气动计算。
本文选取跨声速风扇叶片NASA Rotor67叶片为算例，运用UG软件进行建模，利用ANSYS对其进行离心静变形仿真分析，利用NUMECA对其进行气动仿真分析。
为了缩短计算时间，提高效率，转子叶片绕旋转轴转动a=2π/N（N为叶片数）。
某机高压涡轮叶片振动模态分析
某机高压涡轮叶片振动模态分析摘要：以某机高压涡轮工作叶片为研究对象，讨论其模态振动理论，采用UG建立叶片实体模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对其进行模态分析，并与电动振动台测量结果进行对比，得到有限元分析结果具有一定的可靠性，为数值模拟振动测试数据提供一定的可信度依据，尤其对一些科研机种叶片的数值振动模态仿真分析提供了参考价值。
关键字：振动测试；模态分析；叶片；ANSYS Workbench引言叶片是航空发动机重要组成部分，工作时主要承受离心载荷、气动载荷、热载荷以及工况环境变化导致的交变载荷，工作中很容易发生故障，据统计振动故障占发动机总故障的15%，而叶片振动故障又占振动故障的75%。
而据粗略统计，我国现役航空发动机发生的重大事故中，涡轮叶片的断裂高达80%以上[1]。
因此叶片工作时的可靠性直接关系到整个发动机的运行安全性及使用寿命，为避免叶片振动故障的出现，在设计、制造及维修过程中对叶片进行振动模态分析，得到其固有频率、振型以及振动应力分析就显得尤其重要。
然而，高压涡轮叶片在发动机工作状态下直接对叶片进行频率及振动形态的观察及测试是比较困难甚至是不可能的。
在生产及制造中，一般只对叶片进行自由振动分析，测得其固有频率及振动形态。
单从使用角度来看，仅仅对叶片进行自由模态分析是不精确的，无法获得叶片全生命使用周期内的准确频率及振动形态。
本文首先在电动振动台ES-10-240上对高压涡轮叶片进行振动测试，得出其平均固有频率。
然后再UG中建立叶片实体模型，利用有限元软件ANSYS Workbench对其进行模态分析，对比有限元分析结果与试验结果。
在此基础上对高压涡轮叶片进行预应力模态分析，得到更准确的振动频率及振动形态，为高压涡轮叶片设计及加工提供一定的参考价值。
1 模态分析理论模态分析是结构动力学分析中最基础、也是最重的一种分析类型，其主要是用于计算结构的振动频率和振动形态，每一个模态都有特定的固有频率、阻尼比和模态阵型。
某燃气轮机涡轮叶片的模态和疲劳分析_毛艳蕾
中。结合 HyperMesh 中叶片底面和旋转中心的
刚性连接，对叶片榫头侧面施加 X 方向的位移
约束。结果如图 3 所示。
3 固定约束下叶片的模态分析
模态分析是分析机械结构的固有振动特
性。通过模态分析可以确定机械结构在一定
的频率范围内的振动特性，即结构的固有频
率和固有振型［3］，找出振型变化最大点为疲劳分析点的选
分。为在 ANSYS 软件中能
全面施加约束和载荷，各受
力面采用 shell 63 单元模拟
与整个叶片 Solid 185 单元
以共结点的方式划分网格， 图 2 叶片网格单元的划分
根据实际旋转工况，用 rigid
刚性单元使叶片底面和涡轮旋转中心点刚性连接。相关
材料属性：杨氏模量 E=1.96×1011N/m2，泊松比 μ=0.3，密度
求解得到转子的前 8 阶固有频率见表 2。图 4 和图 5
分别给出叶片的前 2 阶弯曲模态振型。模态分析结果表
图 4 叶片Hale Waihona Puke 阶约束模态 图 5 叶片二阶约束模态
明叶片旋转工况激励频率与其固有频率相差较大，不会 产生共振。 4 疲劳寿命分析 4.1 各旋转工况的计算结果
根据燃气轮机的工作特点及工程中参数的变化规 律，按照燃气轮机调峰使用，每天工作运行 14h，每天工
叶身内面 76665 11.483 56.617 5.5405 58.03483
叶身外面 77368 14.186 114.76 31.091 119.7403 慢车
榫头接触面 72932 34.523 171.36 44.959 180.4921
振型变化最大点 77206 0.97893 1.0601 1.056 1.788086
基于ANSYS的车辆液力缓速器叶片强度分析及模态分析
4 所示. 最大变形量为 0. 365 501 mm , 发生在叶
片中心偏向外环处 ,最大等效应力为 378 M Pa ,出
现在靠近流道外环的叶片根部. 为便于详细观察
转子叶片表面沿旋转半径方向的变形量及等效应
力的变化 ,在叶片工作面外端选取一轨迹线如图
图 3 有限元模型的结构变形
图 4 有限元模型的等效应力分布
[ 2 ] 刘应诚 ,邵万珍. 车用液力减速 (制动) 器 [J ] . 现代零 部件 ,2005 (223) :122.
[ 3 ] 杨凯华 ,郑慕桥 ,阎清东 ,等. 车辆传动中液力缓速器 的技术发展[J ] . 工程机械 ,2001 ,32 (6) :123.
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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
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武汉理工大学学报 (交通科学与工程版)
2010 年 第 34 卷
态分析各阶振型的固有频率 ,从而在工作状态下 能够避免共振的发生.
2) 对有限元模型施加载荷时 ,近似模拟叶片 上的液压载荷为沿旋转半径方向的线性分布 ,而 真实情况下 ,考虑到油液的粘性 、油液与壁面的边 界层的处理 、工作腔内空气气流的影响以及油液 在叶片非压力面形成的背压等因素的影响[6] ,液 体总压在叶片压力面上的分布是无规律可循的 , 所以有限元模型的仿真载荷与真实情况还存在一 定的误差 ,需要更加精确的载荷定位.
4 结 论
图 7 轨迹线节点上的等效应力
ANSYS模态分析在汽轮发电机转子临界转速计算上的应用
( EXPLOSION - PROOF ELECTRIC MACH INE)
防爆电机
AN SY S模态分析在汽轮发电机转子 临界转速计算上的应用
李贞婷
佳木斯煤矿机械有限公摘 要 高速汽轮发电机转子的临界转速是汽轮发电机转 子设计中 的一个重要 参数, 随着计 算机技术的不断发展, 使得能够全 面考虑影 响汽轮 发电机 转子临 界转速 因素, 计算结 果更接 近于 实际的有限元分析法的应用将会越来越广泛。文章 详细介绍了 利用 AN SY S有限 元软件的模 态分 析功能, 计算汽轮发电机转子临界转速的方 法和计算结果的后处理过程。
得到两组数值, 分别为转子正进动和反进动, 由于 陀螺效应的影响, 随着转子转速的升高, 正进动固 有频率将会提高, 反进动固有频率将会降低, 根据 固有频率的 定义, 应只 对正进动固 有频率分 析。 ANSYS系统模态分 析提取的一阶和二阶固 有频 率数值对应旋转速度值见表 2。
表 2 转子固有频率 旋转速度变化表
合理保证装压压力和铁心叠压系数, 提高定 子冲片装压质量, 采取措施减小片厚差的影响, 提 高定子冲片与定子筋的焊接质量, 提高定子筋与 机座环筋板的焊接质量。在设计时充分考虑轭部 磁密的基础上, 增加定子铁心的轭部高度以提高 其刚度。 3. 10 提高转子铁心对齐度
提高转子冲片装压质量, 在转子铁心两端增 加固定压圈, 以 减小冲片变形, 转子在 加工外径
38
所示。
图 1 汽轮发电机转子模型图
1. 5 约束与载荷 汽轮发电机转子临界转速有限元分析模型约
束与载荷见表 1。
表 1 汽轮发电机转子临界转速有限元分析模型 约束与载荷
基于ANSYS的汽轮机扭曲叶片模态分析
１ 汽轮 机 叶 片有 限元模 型 的建 立
１ １ 汽轮 机叶片模 态分 析的有 限元模 型 ．
ＡＮＳ ＹＳ模态 分析 主要 用 于确 定 结构 或 部件
征值 ， 由瑞 雷商法求 解 。从而 得到 固有频率 ： 可
ｆ 一 ｉ
兀
的固有 振动频 率 和振 型 ， 于无 阻 尼 和外 部 激励 对 的振动 ， 动力学 问题 的有 限元 法 基本 方 程 用矩 阵
关 键 词 ： 轮 机 叶 片 ； 限 元 ； 态 分 析 汽 有 模
中图 分类 号 ： ６ ． １ ； Ｐ ９ Ｕ６４ １３ Ｔ ３
文 献标 志码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ １７ ５ （０ ０ ０—０ ６０ １７ —９３ ２ １ ） ５０ ９—３
Ｕ￣ ＃ｉＯＳｏｔ Ｐ Ｃ ｏｉ （） ２
作 者 简 介 ： 吉 宏 （ ９ １）男 ， 士 生 。 孙 １８一 ， 博 研 究 方 向 ： 用 动力 与 热 力 系 统 的 科 学 管理 舰
Ｅ ｍａｌｓ ｎｉｏ ｇ ０ ２ ３ ４ １ ３ ｃ ｒ － ｉ：ｕ ｊ ｎ ２ ０ １ ０ ＠ ６ ． ｏ ｈ ｎ
９ ６
基于 ＡＮＳ Ｓ的汽轮机扭 曲叶片模态分 析—— 孙吉宏 ， 自春 Ｙ 杨
汽轮机 叶片 是蒸 汽 轮 机 中 的重要 组 件 ， 作 工 时一般 受有 较高 的离 心 负荷 、 动 负 荷 以及 振 动 气 的交变 负荷 等作用 ， 容易产 生故 障ｌ ］ 很 】 。叶片振 。 动 疲劳损 伤是蒸 汽轮机 中较 为严重 的问题 。为避 免 叶片振 动故 障 的出 现 ， 必 要 在 叶片 的设 计 研 有
一
将 式 （） ２ 代人 式 （ ） ： １得
局 限于一 阶振 动分 析 ， 而利 用 有 限元 可 突破 过 去 的 限制 ， 便 省 时 。使 用 Ｐ Ｏ／ 简 Ｒ Ｅ模 块 建 立 某 型 航 空 发 动 机 第 八 级 长 叶 片 的 三 维 模 型 ， 使 用 并
基于ANSYS的叶片模态分析与创新设计
2 1传统叶片结构 如图 3所示, 传统叶片
结构简单, 制造加工方便, 此 外与叶片装配的定子结构也 简单, 装配简便, 应用中装配 图效果如图 1所示。但缺点 是叶片顶部与定子为滑动磨 擦, 接触面的受力性能较差,
基金项目: 浙江工商职业技术学院科研项目基金资助 (KYB0812)。 作者简介: 黄仕彪 (1979- ), 男, 福建龙岩人, 浙江工商职业技术学院工学院讲师, 硕士, 研究方向: 机电液技术、CAE, 发表论文 4篇。 收稿日期: 2010- 10- 13
K ey words: vane; ANSY S; moda l ana lysis; noise reduction
0 前言
在液压传动技术领域, 叶片泵是目前工业使用较多的液 压泵, 衡量叶片泵性能的重要指标主要是泵的振动和噪声高 低问题。近年来, 国内外的高校、科研院所在叶片泵降噪方面 的进行了大量的研究, 取得了一定的成果。随着叶片泵向高 压、高转速方向发展, 国产的叶片泵运转长时间运行后的噪声 和振动问题依然突出, 一直没有很好地解决, 振动和噪声导致 大量的能量损耗, 降低了液压系统效率。
50
现代机械 2010年第 6期
基于 ANSYS的叶片模态分与创新设计*
黄仕彪
(浙江工商职业技术学院 工学院, 浙江 宁波 315012)
摘要: 本文提出新型叶片结构, 使叶片与定子由传统的滑动磨擦改变为滚动磨擦, 有效减小叶片磨损。利用有限元软件 AN SYS 的模态分析技术, 通过对叶片结构进行优化设计可以得到合理结构的新型叶片, 达到节能降噪的目的。 关键词: 叶片 ANSY S 模态分析 降噪 中图分类号: TB123 文献标识码: A 文章编号: 1002- 6886( 2010) 06- 0050- 03
基于ANSYS的某型航空发动机涡轮叶片的振动特性分析
基于ANSYS的某型航空发动机涡轮叶片的振动特性分析本文旨在对一款航空发动机的涡轮叶片进行振动特性分析，通过ANSYS软件进行模拟计算，以期评估其振动强度和工作寿命，为发动机设计提供参考。
1. 背景介绍与分析涡轮叶片作为航空发动机中的核心部件之一，其振动特性直接影响发动机的性能和寿命。
因此，在发动机设计中，对涡轮叶片的振动强度和稳定性进行分析和研究是至关重要的。
在本次分析中，我们将以某型航空发动机的涡轮叶片为例，通过ANSYS软件对其进行振动特性分析。
涡轮叶片的几何形状如图所示。
(图片)2. 建模与网格划分首先，在ANSYS中建立三维模型，采用SolidWorks导入到ANSYS平台。
接着，进行网格划分，采用四面体单元网格划分，设置裂纹控制等参数，进行网格剖分。
3. 材料选择与约束条件设置在建立模型和进行网格划分后，需要对涡轮叶片的材料进行选择，同时设定约束条件。
本次研究中，涡轮叶片的材料选用了镍基合金，其密度为8.28g/cm³，杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3。
约束条件包括固定壳体支撑，在振动载荷下叶片不能有位移，不允许旋转。
4. 振动分析在进行建模、网格划分及设置约束条件之后，进入振动分析步骤。
本次分析采用动态分析法，采用隐式求解器求解其模态分析结果。
模态分析结果中包括杆件自然频率、振型形态和统计指标。
5. 计算结果与分析经过模拟计算，得出该涡轮叶片的前三阶固有频率为：335Hz、596Hz、916Hz。
下面就这些结果进行分析：1）自然频率随着振型的变化而变化。
而当达到某一频率时，就会发生共振现象，应引起足够的注意。
2）从涡轮叶片自然频率分析结果来看，其频率较高，工作在这样高的频率下容易导致疲劳断裂，从而出现永久性损坏，缩短了涡轮叶片的工作寿命，亦增加对机体的冲击力。
3) 在涡轮叶片的一些易损部位，比如根部区域，容易发生应力集中，导致应力低于叶片的材料极限从而使叶片疲劳失效。
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摘要：为分析汽轮机叶片振动特性，建立某型汽轮机叶片的实体模型，利用ＡＮＳＹＳ结构分析模块进行
模态分析，得到叶片的前六阶固有频率和相应的振型，进行模态扩展分析，得到各阶应力，为该叶片的设计优
化和振动安全性检验提供数值依据。
关键词：汽轮机叶片；有限元；模态分析
中图分类号：Ｕ６６４．１１３；ＴＰ３９
文献标志码：Ａ
Ｅ４３王永旗，夏毅锐，李艳坤，等．涡轮叶片的ＵＧ建模和 Ｐａｔｒａｎ／Ｎａｓｔｒａｎ有限元应力分析ＥＪ］．海军航空工程 学院学报，２００７，２２（６）：６１０－６１４．
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Ｅ６－１李翔鹏．Ｐ（）Ｒ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ Ｗｉｌｄｆｉｒｅ ３．０基础实例 ［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，２００６．
ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ，
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ；ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ；ｍｏｄａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ
（上接第９５页）
Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ Ｓａｆｅｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｈｅａｒｔｈ ｏｆ Ｗａｒｓｈｉｐ
Ｂｏｉｌｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂａｙｅｓｉａｎ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ
第３ห้องสมุดไป่ตู้卷第５期 ２０１０年１０月
船海工程 ＳＨＩＰ＆ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ＤＯＩ：１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—７９５３．２０１０．０５．０２７
Ｖ０１．３９ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０１０
基于ＡＮＳＹＳ的汽轮机扭曲叶片模态分析
孙吉宏。杨自春 （海军工程大学动力工程系，武汉４３００３３）
船海工程 SHIP & OCEAN ENGINEERING 2010,39(5)
参考文献(7条)
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阶（节点自由度数目）方阵，因此式（４）是关于叫ｉ 的，ｚ次方程，可求得咒个固有频率。∞ｉ为广义特 征值，可由瑞雷商法求解。从而得到固有频率：
ｆ，－券
（５）
式中：．ｆ——第ｉ阶同有频率。 １．２汽轮机叶片实体模型的建立
该叶片为某型舰用汽轮机高压缸体第八级叶 片，叶身为扭转型曲面，叶根为枞树形榫头，使用大 型通用ＣＡＤ／ＣＡＭ软件ＰＲ０／Ｅ建立叶片实体模 型‘＂］，建立叶身时，根据制造数据，选定几个沿叶片 长度方向的截面，将各截面点的数据输入，通过样条 曲线生成曲线，保存为．ｉｇＳ格式，通过软件中扫描混 合功能，将生成的曲线连接生成叶身，叶根通过建立 曲面拉伸牛成。完成建模后无需任何数据转换，与 ＡＮＳＹＳ软件直接实现无缝连接，即不用保存后导 人，直接点击ＰＲ０／Ｅ中ＡＮＳＹＳ软件相连接的按 钮，即可直接将模型倒人到ＡＮＳＹＳ中。 １．３汽轮机叶片的材料属性
的固有振动频率和振型，对于无阻尼和外部激励 的振动，动力学问题的有限元法基本方程用矩阵
表达如下［５］：
ＭＨ－ｋ－Ｋｕ＝Ｏ
（１）
式中：Ｍ—一质量矩阵； Ｋ二一结构刚度矩阵； Ｈ——位移； 五——加速度。
任何弹性体的自由振动都可以分解为一系列 简谐振动的叠加，设式（１）的简谐振动解为：
收稿日期：２００９一１０一１１ 修回日期：２００９－１２—１７ 作者简介：孙吉宏（１９８１一），男。博士生。 研究方向：舰用动力与热力系统的科学管理 Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｕｎｊｉｈｏｎ９２００２１３０４＠１６３．ｃｏｒｎ
（３）
式（３）等效结果，或者９ｉ一０，或者一叫，Ｍ＋Ｋ一０，
由于前者毫无意义，所以式（３）的结果为：
Ｋ一叫朋一Ｏ
（４）
ＡＮＳＹＳ结构模态分析模块［５］进行模态分析。
由于结构刚度矩阵Ｋ和质量矩阵Ｍ均为咒
１ 汽轮机叶片有限元模型的建立
１．１ 汽轮机叶片模态分析的有限元模型
ＡＮＳＹＳ模态分析主要用于确定结构或部件
ｃｉｅｓ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅ—
ｓｔｅａｍ ｓｉｇｎ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓａｆｅｎｅｓｓ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ
２计算结果及振动特性分析
２．１模态分析结果 ＡＮＳＹＳ结构分析模块后处理能力强大，可
输出分析结果及报告和节点位移、应力、应变等各 种云图等。表１显示了该涡轮叶片前六阶固有频 率与振型分析。
表１ 某型汽轮机高压缸体第八级叶片固有模态
９７
万方数据
第５期
船海工程
第３９卷
图６第六阶振型图
图７第六阶应力图 ２．２叶片振动特性分析
ＣＨＵ Ｚｈｕ－ｌｉ．ＹＡＮＧ Ｚｉ－ｃｈｕｎ
（Ｓｃｂｏｏｌ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｏｗａｒ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏｓｔ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｓ ａ ｃａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｅａｒｔｈ ｏｆ ｓｈｉｐ ｂｏｉｌｅｒ，ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｓｔｅａｍ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｎｔｉｔｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ａ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｂｌａｄｅ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｔｕｒｂｉｎｅ
ｂｌａｄｅ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｌｏｃｋ ｉｎ Ａｎｓｙｓ．Ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｓｉｘ ｏｒｄｅｒｓ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｆｒｅｑｕｅｎ—
参考文献
Ｅ１］章巧芳，盛颂恩．汽轮机末级扭叶片振动特性分析 ＥＪｌ．汽轮机技术，２００５，４７（４）：２７３－２７５．
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由图２～７图示振型图及其他振型图分析知， 第一阶振型为一阶周向弯曲振动，第二阶振型为 一阶轴向弯曲振动，第三～六阶振型分别为一阶
扭转振动、二阶轴向弯曲振动、二阶扭转振动和二 阶轴向弯曲振动。
３结论
用仿真形式分析叶片的振动特性具有一定的 精确性、有效性和可靠性。并且该方法还可以分 析显示其高阶振型，这一点是实验与解析分析无 法达到的。研究为工程界提供了一种快速有效的 计算叶片振动特性的方法，可为进一步研究该叶 片的设计优化和振动安全性检验提供数值依据。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｒｔｈ ｏｆ ｓｈｉｐ ｂｏｉｌｅｒ；ｂａｙｅｓｉａｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｓａｆｅｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｏｂｊｅｃｔ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ
９８
万方数据
基于ANSYS的汽轮机扭曲叶片模态分析
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)：
孙吉宏， 杨自春， SUN Ji-hong， YANG Zi-chun 海军工程大学,动力工程系,武汉,430033
ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ＦＴＡ ｔＯ Ｂａｙｅｓｉａｎ ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｂｒｏｋｅ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｏｆ ｄｕａｌｉｔｙ ｉｎ
ｔｈｅ盯Ａ ａｍｏｎｇ ｔｈｅｏｒｙ，ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｎｏｄｅ，Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ。ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏｏｋ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ
叶片材料２Ｇｒｌ３，弹性模量２０６ ＧＰａ，泊松比
９６
万方数据
基于ＡＮＳＹＳ的汽轮机扭曲叶片模态分析——孙吉宏，杨自春
为０．３，密度７．７５ ｇ／ｃｍ３。 １．４模型单元类型的选取与网格划分
在ＡＮＳＹＳ结构模态分析模块中选取１０节 点四面体单元，使用智能网格划分，根据实际需 求，只计算前六阶振型，网格划分结果：节点总数 为４４ ６４４，单元总数为２７ ９２９，经过ＡＮＳＹＳ内部 网格质量检查，符合计算要求。网格划分见图１。
叫；——第ｉ阶固有频率值； ￡——时间。
制过程中进行振动固有特性分析，分析叶片的固 有频率、振型及振动应力分布，过去解析分析大多 局限于一阶振动分析，而利用有限元可突破过去 的限制，简便省时。使用ＰＲＯ／Ｅ模块建立某型 航空发动机第八级长叶片的三维模型，并使用
将式（２）代入式（１）得：
（一叫朋＋Ｋ）仍一Ｏ
图２～７显示了选取的第一、四和六阶振型图 及与其对应的应力图。
图１某型汽轮机高压缸体第八级叶片有限元模型 １．５边界条件和求解方法
在以往的叶片振动特性有限元计算中，曾忽略 叶根部分，约束叶型底部节点自由度或在叶根部位 选取振动截面。这些做法与实际叶根的约束状况 存在差异，难以得到准确结果。现根据叶根的实际 约束，在Ｔ型叶根前后表面采用周向约束，与轮缘 接触处的左右表面采用轴向约束，与轮缘接触处的 径向表面采用径向约束。在ＡＮＳＹＳ软件中，选取 模态分析中的子空间，主自由度由程序自动选择， 进行模态分析和模态扩展分析，得到了该叶片前六 阶的自振频率和振型及各振型下的应力。