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轴流通风机叶片模态仿真及其对气动噪声的影响

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发表于 2011-6-18 09:25:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  一、引言
; U/ J6 a, Y- z, A' [  轴流通风机当其叶片较薄以及过度前掠,重心偏离叶根截面中心时,较高转速造成的离心力和不稳定进气流造成的叶片升力的变化,很容易激发叶片振动。同时由于流固耦合,还可能造成叶片的驰振,使叶片提前疲劳损坏,降低风机效率,并产生较大的气动噪声。|MechNet|更多知识,请登陆中国机械专家网,http://www.mechnet.com.cn/) R: G; g% U" t$ H
  在叶轮设计时有必要对其振动模态进行计算,但叶片叶身曲面复杂,用经典理论无法求解,因此必须借用有限元模型来计算。ANSYS是当今比较有名的有限元分析软件之一,具有多种物理场的求解功能,可以很方便地进行模态分析;大型CAD系统软件UniGraphics具有丰富的曲面造型功能,非常适合于叶轮等具有复杂曲面实体的造型,建好的实体模型导入ANSYS即可进行模态分析。|MechNet|更多知识,请登陆中国机械专家网,http://www.mechnet.com.cn/7 M2 f7 V1 B3 e" ]
  二、叶轮CAD模型建立和接口导入
7 Q$ C& H7 r( D/ [- {  u  1.叶轮基本参数* X* O% `: a* g$ S, p, e# ?, S0 g
  轴流通风机为整体注塑ABS塑料叶轮,叶片数为4,叶片较宽,叶片呈前掠状。工作转速为860 r/min,轮毂直径为0.147m,叶轮外径为0.42m。; O  t+ K- j0 y3 ~( L  q: |
  2.几何模型建立2 r$ K) f+ l, I( u4 Z4 [# ~. f
  通过三坐标测量仪测量得到叶片表面型值点,将点阵连接成曲面,并利用软件U G的曲面剪裁和缝合功能,将叶片的曲面连接起来。一旦所有曲面被缝合就自动生成以各曲面为边界的实体。8 J9 |# Q/ ~8 L7 N8 }
  叶轮为循环对称结构,为加快有限元分析过程,利用ANSYS的循环对称分析功能,对一个90°基本扇区进行求解。建模时使全局坐标系的Z轴与叶轮旋转轴线对应,建立完整叶轮模型,然后用过轮毂轴线两个相互夹角为90°的两个平面切出1/4的叶轮模型(图1)。6 h, C2 Y' U' z1 t* v- Z3 @
080520902068386.jpg 1 m+ ~- z4 M! @, l; m' e* s  i* p
  3.导入几何模型! I8 {# K# z- I' c0 g
  能够将UG模型导入ANSYS的方法有3种,其中基于直接的模型数据交换的两种是:一是通过标准的数据接口将CAD模型数据转入分析系统;另外是通过ANSYS为UG提供的专用接口直接读入UG的prt文件;第三种借助UG的GFEMFEA。" u5 Z' N0 l3 G% F0 g) t- {5 i
   这里采取第二种方法,在功能菜单中点击File→Import→U G,再选取零件文件即可。
, b+ L1 X) A) F0 m: S7 @: @  三、预处理和求解
- I# ?5 u% H5 L5 [  1.输入材料物理参数9 D$ `0 \/ Q* Q# h; V$ M5 f
  输入ABS材料的物理性能参数:密度为1.2×10-6 g/mm3 ,弹性模量为2.3MPa,泊松比为0.38。: o# ^5 U2 x3 o2 o/ F
  2.选择单元类型
0 y' U9 e' ?9 T9 v9 A) Q* [& v( x  叶轮表面为变厚度复杂曲面,选用10节点的四面体单元solid92 ,该单元采用二次位移模式,非常适合对形状不规则的实体划分有限元模型。为了对基本扇区的两个间隔相对90°的轮毂的剖面划分网格,还选择了一种二维单元:MESH200单元,并设定单元形状参数为“trianglewith 6 nodes”(MESH200单元是专门用来划分网格,提供网格占位功能,不参加单元运算)。
. ^8 L# J5 r5 W) d. q  3.划分网格. k9 e) K; m# F
  先用MESH200三角形平面单元划分轮毂上的两个剖面的一个面上的网格,然后通过MSHCOPY命令将该面上的网格拷贝到另外一个剖面上(完成后的网格单元如图2)。对整个模型用solid92单元分网格(完成后的网格单元如图3)。
) j0 c& F( l8 R  A! [+ b1 U 080520902409600.jpg
  B2 y' H2 j" ^* X1 _$ N 080520902535349.jpg
0 g1 r2 K; U% M1 y3 C! W5 ^文章关键词: 轴流通风机叶片   模态仿真
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