100141536 尹磊 课程设计

1、Civil Aviation University of China航空发动机强度与振动课 程 设 计 报 告姓 名： 尹磊 专 业： 飞行器动力工程 班 级： 100141E 指导教师： 张莹2013 年 11月题目及要求题目 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 / m3弹性模量：1.09 1011Pa泊松比 ： 0.34 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，无扭向。叶型由叶背和叶盆两条曲线组成，每条曲线可由 4 个点通过 splin

2、e（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。图 1 叶片模型图 2 叶型曲线表 1 各点坐标值（单位：m）坐标值123456x00.0280.0570.0280-0.002y00.00300.0060.0050.002叶根截面距旋转轴（x 轴）0.6m，即 z 坐标为 0.6m；叶片长度为 0.12m。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

3、算与分析要求：给出 1 到 6 阶的叶片自振频率、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）叶片共振分析要求：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。由于一弯、二弯、一扭振动对于叶片比较危险，故只对这三类振动 进行共振分析。4. 按要求撰写课程设计报告说明：1.网格划分必须保证结果具有一定精度。2.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。3.要求打印封面，并填好

4、相关信息；以下报告内容格式自定。4.课程设计完成后，（黑白）打印纸质报告提交。基于 ANSYS 的叶片强度与振动分析1. ANSYS 进行有限元分析的一般步骤1 .建立模型：定义材料基本属性（实体，密度，弹性模量，泊松比等），建立实体模型，确定与旋转轴之间的关系，将实体网格化。）2. 加载并求解：选择加载面，添加转速，静态求解。修改分析类型。3 . 查看分析结果：按要求（如vonMises）查看应力分布图和计算结果。.2. 叶片的静力分析（给出应力图、位移图，并进行分析）应力图位移图由图可知离心拉伸应力从叶根沿叶高逐渐减小，因为截面的离心拉伸应力是该截面以上质量所产生离心力，越接近叶根，其上部

5、质量越大，故所产生的离心拉伸应力越大安全系数s=0.443. 叶片的振动分析（1）叶片静频计算与分析一阶振型 一弯二阶振型 一扭 三阶振型 二弯四阶振型 一弯五阶振型 二扭六阶振型 三弯（2）叶片动频计算与分析转速一阶二阶三阶四阶五阶六阶500413.3517502175.12298.348195666.51000567.451801.52319.62381.54960.35874.81500755.2318782378.32670.95169.36212.72000955.651975.82450.53034.45426.76660.7除弯曲和扭转振动外，在叶片上还会出现许多其他振型。其中有

6、的是弯曲和扭转的复合振型，有些振型还难以给以名称。其中一阶弯曲振动、二阶弯曲振动、一阶扭转振动较为常见，危险性也最大。对于压气机叶片而言，最重要的是一、二弯和一扭振型；对于涡轮叶片，大多是一弯和一扭振型。（3）叶片的共振分析转速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在某一转速下，当激振力的频率值和叶片固有的自振频率值（静频值或动频值）相同时，也就是上图中射线和上升曲