叶片掠角对离心式压气机的可靠性影响毕业论文(编辑修改稿)

叶片掠角对离心式压气机的可靠性影响毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

对具体问题进行分析 ： （ 1） 建模； （ 2） 加载并求解； （ 3） 结果提取分析。 8 分析具体步骤 计算物体的固有频率在 ANSYS 中是一项很成熟的计算方法，这种方法普遍被称为物体的模态分析。 物体的模态分析在 ANSYS 中能够很便捷的找到计算的步骤和方法。 首先我们可以确定叶片的材料的具体相关量 ，弹性模量 *105MPa，泊松比 ，密度 7720kg/m3，转速为 86000r/min。 在 SolidWorks 中绘制 0掠角的 叶片的模型如下图所示， 更改工作名称和文件名（由于 ANSYS 软件并没有错误返回的功能，所以修改文件名和工作名能够有助于增加具体操作过程中的容错率） 更改文件名 ： 单击 Utility menu 中的 File 再单击 Jobname 将工作名改为 “ yepian” 修改工程的标题 ： 单击 Utility menu 中的 File 单击 Change Title 图 1： SolidWorks 中的 0176。 叶片掠角的叶片模型 9 对不同类型的元素进行甄选 选择正确的元素种类才能够对模型进行正确的网格划分，从而进行有限元的模态分析，这里我们根据参考文献中给出的元素种类选择 solid186 元素。 单击 Main Menu 中的 Preprocessor 单击 Element Type 单击 Add/Edit/Delete 单击 Structural Solid 选择 Solid 186 单击 ok， 对材料的参数进行输入因为进行分析的模型是叶片的模型所以要对叶片的材料参数进行输入 ， 而定义材料的过程中弹性模量和密度是区别不同材料的重要参数。 输入 材料的弹性模量 EX 单击 Main Menu 中的 Preprocessor 单击 Material Props 单击 Material Models 单击 Structural 单击 Linear 单击 Elastic 选择 Isotropic 输入 弹性模量 EX＝ *105 输入 泊松比 PRXY＝ 定义材料的密度 DENS 单击 Main Menu 中的 Preprocessor 单击 Material Props 单击 Material Models 单击 density 输入 DENS =7720 导入叶片模型 单击 Utility menu 中的 File 单击 Import 单击 Parasolid 选择叶片模型文件导入，如下图所示： 10 图 2： 0176。 叶片掠角的叶片模型导入 ANSYS 划分网络 单击 Main Menu 中的 Preprocessor 单击 Meshing 单击 MeshTool 首先设置网格的全体属性 单击 Size Controls 中的 Global 中的 Set 键 ， 接着会 弹出 Global Element Sizes 对话框 ，在这里 Element edge Length 输入值为 1。 这一步就将总体的网格的大小给出了一个宽泛的值，这样就能够对网格进行进一步的分析。 单击 Size Controls 之中的 Lines， 然后会弹出 Element Size on Picked Lines 的 选取线的 对话框。 然后在原模型中单击叶片边缘轮廓上的线进行选择。 继续单击 ok， 然后会弹出 Element Size on Picked Lines 弹出框 ， 在这个输入框中 No. of element divisions 输入值为 1。 这样就能够对 网格的具体大小进行划分，划分线网格能够在这个基础上进行更加细化的分解。 然后接下来就可以开始设置划分网格类型了。 在 Mesh 菜单中 下拉框中 选择分网格的类型 为 Area， 而在 Shape 选单中选择 Quad， 默认分网的方式为 Free。 11 开始划分具体的网格。 单击 MeshTool 之后，在弹出的选项框中单击 Mesh按钮， 这时会接着出现 Mesh Aeras 的选择对话框。 这时只需用鼠标单击叶片的表面 ，单击 ok 键即可完成分网格。 网格划分如下图所示： 图 3：离心式压气机的叶片的网格划分 由于 叶片 的运行状态是绕一个固定轴进行旋转所以要对其施加合适的约束 ， 在默认的坐标系中是无法完成这项操作的 ， 所以接下来我们引入柱坐标的定义。 ANSYS 软件 中 有着默认的定义坐标系的规则 ， 变化坐标是需要将柱坐标的轴和相应的旋转轴重合 ， Y方向的坐标表示转角 ， X 方向的坐标表示变化。 而 ANSYS软件中的默认的情况并不能完全满足这种情况 ，所以这里需要一些操作来完成结果，需要创建一个 Z轴为旋转轴的坐标系。 柱坐标的变换过程： 选择 Utility Menu 单击 WorkPlane 再单击 Offset WP by Increments， 然后会出现 Offset WP 的选项框，滑动 Degrees 的调整器 ， 可以 将 Degrees 变 12 为 90 ，这样就相当于转动 90176。 单击 按钮， 即时将原坐标系沿着 Y轴的方向转动 90176。 ， 接着单击 ok 按钮， 即能够使原来的坐标轴的旋转轴和 Z轴重合。 然后将原来的坐标系和工作的坐标系相关联。 选择 Utility Menu 单击 WorkPlane 单击 Local Coordinate Systems 单击 Create Local CS 单击 At WP Origin， 接着会出现 Create Local CS at WP Origin 的选项框 ， 在 Ref number of new coord sys 输入框中输入 11， （ 11 基本上是默认值，可以设置成别的值）。 接着单击 Type of coordinate system 的选项中单击选择 Cylindrical 1，之中的其余设置均可使用默认值，最后单击ok。 这样就可以将原本的坐标系进行变化使其能够对各种约束的状态进行分析。 接着 将所有节点移到当前柱坐标系中。 选择 Main Menu 单击 Preprocessor 单击 Modeling 单击 Create 单击 Nodes 单击 Rotate Node CS 单击 To Active CS 接着会出现 Rotate Nodes into CS 选项框。 然后再选择 pick all 的选项 ，这样的操作就能够使所有的点都在柱坐标系中激活。 然后再 进行静力分析 ，假设在叶片的运行过程中只有离心力的 作用 ， 然后接着对叶片的离心力的值进行定义。 选定分析的类型和种类 Main Menu 中单击 Solution 单击 New Analysis 再选择 “ Static” Menu 单击 Solution 单击 Sol’n Controls ， 这时会弹出 Solution Controls 选项框。 选择 Basic 的选项 ， 在 Calculate Prestress effects 的框前空格出单击选择。 然后打开应力操作的菜单， 单击 OK。 13 图 4： ANSYS 中的求解控制设置 对叶片所受的转速影响进行定义 在本课题中采用的是叶片的模型 ， 叶片的安装和固定情况应该是在宽度较大的一边进行固定 ， 所以在宽度较大的一边施加载荷进行固定而别的方向并不参与固定。 在叶片的转动过程中会产生各个载荷 ， 所以更要在分析之前对转速进行定义 ， 步骤如下 ： 选择 Main Menu 菜单中国 单击 Solution 再 单击 Define Loads 再 单击Apply 再 单击 Structural 再 单击 Displacement 再 单击 On Nodes， 然后会弹出 Apply U,ROT on Nodes 的选项框 ， 这时单击选项框中的 Nodes 键 ，选用 点状的 选择方式。 然后将鼠标放在边界附近 ， 逐一点选边界上的相应的点。 这样的操作会将所有需要定义的点进行约束 ， 后续的约束的力和转速也会在上。 接着选择单击 ok按钮， 然后会出现 Apply U,ROT on Nodes 选项框 ， 在菜单中的DOFs to be constrained 列表中进行勾选 UY， UZ 两个 不同方向 自由度， 这一 14 步表示分别对 Y 和 Z 的两个方向进行约束。 然后在 Displacement value 的对话框中键入 0。 接着对转速进行施加 选择 Main Menu 中然后 单击 Solution 再 单击 Define Loads 再 单击 Apply 再 单击 Structural 再 单击 Inertia 再 单击 Angular Velocity 再 单击 Global，然后会出现 Apply angular velocity 的菜单栏 ， 在这之中的 Global Cartesian Xp 的输入 框中输入 9010， 这表示轮盘的速度用弧度制来表示9010 弧度 /秒。 然后选择 ok 按钮， 最终完成对转速的施加。 进行计算 选择 Main Menu 然后 单击 Solution 单击 Current LS 接着会弹出如下的文本框， 可得如下图所示计算参数： 图 5：叶片固有频率的计算参数 进行模态状态的分析 改变分析的类型 选择 Main Menu 再 单击 Solution 再 单击 Analysis Type 再 单击 New Analysis 再选择 Modal 15 设置分析的选型参数 选择 Main Menu 再 单击 Solution 再 单击 Analysis Type 再 单击 Analysis Options 接着会出现模态分析的相关菜单栏，然后在出现的框中 ， 选择 Mode extraction method 选择 Block Lanczos， 然后将 No.。