基于流固耦合的壓氣機(jī)葉片靜力及模態(tài)分析.pdf

1、隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)要求的不斷提高大大促進(jìn)了高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速壓氣機(jī)的發(fā)展。壓氣機(jī)在實(shí)際工作中，葉片高速旋轉(zhuǎn)，其不僅承受著巨大的離心載荷，而且在對(duì)空氣做功的同時(shí)也承受著葉片兩側(cè)壓差所形成的巨大氣動(dòng)載荷，在這兩種載荷的共同作用下，葉片會(huì)發(fā)生不同程度的形變；另一方面壓氣機(jī)葉片在實(shí)際工作中還會(huì)受到各種機(jī)械振動(dòng)，而機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生破壞的主要原因是由共振引起的，當(dāng)外界激振力頻率與葉片的某階固有頻率接近時(shí)，葉片的振幅會(huì)急劇增大，這可能會(huì)引起葉片疲勞產(chǎn)生裂紋甚至

2、發(fā)生斷裂。針對(duì)以上問(wèn)題，本文基于ANSYS Workbench平臺(tái)以NASA Stage35試驗(yàn)壓氣機(jī)作為研究對(duì)象，分別對(duì)壓氣機(jī)的氣動(dòng)特性、葉片的靜力形變以及模態(tài)展開(kāi)了相關(guān)研究，主要涉及的研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.壓氣機(jī)流體域與固體域的建立。使用 UG進(jìn)行壓氣機(jī)葉片初步三維建模，然后通過(guò) BladeEditor進(jìn)行子午流道繪制，再通過(guò) BladeGen進(jìn)行葉片重構(gòu)，然后分別導(dǎo)入TurboGrid與 DesignModeler建立壓氣

3、機(jī)流體域與固體域，為壓氣機(jī)氣動(dòng)分析、基于流固耦合的葉片靜力分析以及模態(tài)分析奠定基礎(chǔ)。
　　2.壓氣機(jī)氣動(dòng)特性分析。采用Workbench作為計(jì)算控制平臺(tái)以提高工作效率，通過(guò)CFX對(duì)流體域進(jìn)行求解，得到流體域流場(chǎng)分布及葉片表面壓力分布，并且將求解得到的壓氣機(jī)壓比、溫比、流量、效率等特性參數(shù)與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，然后對(duì)壓氣機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)、葉片表面壓力分布、結(jié)果誤差等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　3.基于流固耦合的壓

4、氣機(jī)葉片靜力分析。對(duì)不銹鋼、鈦合金、鋁合金動(dòng)葉在全工況下的最大葉片形變量和最大等效應(yīng)力進(jìn)行了定量分析，并對(duì)鈦合金動(dòng)葉的氣動(dòng)變形、離心變形和組合變形所對(duì)應(yīng)的葉片形變量分布和葉片等效應(yīng)力分布進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此之后又研究了不同材料動(dòng)葉葉頂間隙在100％工況下隨出口背壓的變化情況，最后定性分析了靜葉在100%工況下隨壓氣機(jī)出口背壓變化的葉片變形情況。
　　4.基于流固耦合的壓氣機(jī)葉片模態(tài)分析。通過(guò)模態(tài)計(jì)算得到了不銹鋼、鈦合金和鋁合金動(dòng)葉