一種基于ansys的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法。本發(fā)明技術(shù)方案如下：利用solidworks參數(shù)化建模法建立葉輪結(jié)構(gòu)的三維模型；將葉輪結(jié)構(gòu)三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS，在ANSYS軟件前處理模塊中，完成對單元類型、材料屬性、材料參數(shù)的設(shè)定，并劃分有限元網(wǎng)格；對葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析；將熱分析結(jié)果耦合到結(jié)構(gòu)單元，進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到葉輪結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力；以所得熱應(yīng)力結(jié)果為基礎(chǔ)，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行含預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析，得到前五階固有頻率。本發(fā)明的有益效果：為葉輪結(jié)構(gòu)故障機理研究提供了理論基礎(chǔ)。
【專利說明】
一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種機械結(jié)構(gòu)的有限元分析方法，尤其涉及一種基于ANSYS的葉輪結(jié) 構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 旋轉(zhuǎn)機械運行時，長期處于高溫狀態(tài)，受到溫度場影響，容易造成機械結(jié)構(gòu)的整機 振動。嚴(yán)重的熱效應(yīng)會造成葉片斷裂、轉(zhuǎn)子失穩(wěn)和發(fā)動機結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致重大運行事故發(fā) 生。本發(fā)明提出了一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法，可以為葉輪結(jié) 構(gòu)故障機理研究提供理論基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下 的模態(tài)分析方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是： 步驟一:葉輪結(jié)構(gòu)的三維建模，利用sol idworks參數(shù)化建模法進(jìn)行三維建模，得到葉輪 結(jié)構(gòu)的三維模型； 步驟二：建立葉輪結(jié)構(gòu)的有限元模型，將葉輪結(jié)構(gòu)三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件 ANSYS，在ANSYS軟件前處理模塊中，完成對單元類型、材料屬性、材料參數(shù)的設(shè)定，并劃分有 限元網(wǎng)格，得到葉輪結(jié)構(gòu)的有限元模型； 步驟三:葉輪結(jié)構(gòu)的熱分析，對葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，通過ANSYS 軟件的熱分析模塊，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析，得到熱分析結(jié)果； 步驟四：葉輪結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析，將熱分析結(jié)果耦合到結(jié)構(gòu)單元，進(jìn)行靜力學(xué)分析，得 到葉輪結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力； 步驟五:葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析，以熱應(yīng)力結(jié)果為基礎(chǔ)，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行含 熱應(yīng)力的模態(tài)分析，得到前五階固有頻率。
[0005] 進(jìn)一步地，所述的步驟三中對葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，具體方 法為根據(jù)實際工況，在柱坐標(biāo)下對所述葉輪結(jié)構(gòu)有限元模型等半徑的節(jié)點施加相同的溫度 載荷。
[0006] 本發(fā)明的有益效果:利用計算機輔助三維建模軟件solidworks在復(fù)雜三維模型建 模方面的優(yōu)勢，采用參數(shù)化建模方法建立精準(zhǔn)的葉輪結(jié)構(gòu)模型，彌補了有限元軟件在建模 方面的劣勢;再結(jié)合ANSYS強大的網(wǎng)格劃分和計算能力，得到葉輪結(jié)構(gòu)在熱應(yīng)力下前五階固 有頻率，這為葉輪結(jié)構(gòu)故障機理研究提供了準(zhǔn)確、可靠的理論基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明的工作流程圖； 圖2為本發(fā)明的葉輪結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明的葉輪結(jié)構(gòu)的徑向溫度分布示意圖。
【具體實施方式】
[0008] 參照說明書附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0009] 如圖1所示，是本發(fā)明一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法的 工作流程圖。主要有2大部分組成，分別由兩個軟件來實現(xiàn)。詳細(xì)步驟如下： 步驟一:葉輪結(jié)構(gòu)的三維建模，利用sol idworks參數(shù)化建模法進(jìn)行三維建模，得到葉輪 結(jié)構(gòu)的三維模型，如圖2所示； 步驟二：建立葉輪結(jié)構(gòu)的有限元模型，將葉輪結(jié)構(gòu)三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件 ANSYS，在ANSYS軟件前處理模塊中，完成對單元類型、材料屬性、材料參數(shù)的設(shè)定，并劃分有 限元網(wǎng)格，得到葉輪結(jié)構(gòu)的有限元模型，其中關(guān)鍵就是單元類型的選擇和材料參數(shù)的設(shè)置： 單元類型選擇能與結(jié)構(gòu)單元相匹配的熱單元，以Solid90為例，材料參數(shù)的設(shè)置與材料的性 質(zhì)和溫度有關(guān)，以K4002合金為例，具體參數(shù)如表1所示； 表1不同溫度下K4002合金材料參數(shù)
步驟三:葉輪結(jié)構(gòu)的熱分析，對葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，如圖3所示， 通過ANSYS軟件的熱分析模塊，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析，得到熱分析結(jié)果，其中關(guān)鍵就是對 葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，具體方法為根據(jù)實際工況，在柱坐標(biāo)下對所述 葉輪結(jié)構(gòu)有限元模型等半徑的節(jié)點施加相同的溫度載荷； 步驟四：葉輪結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析，將熱分析結(jié)果耦合到結(jié)構(gòu)單元，進(jìn)行靜力學(xué)分析，得 到葉輪結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力，其中關(guān)鍵就是熱單元到結(jié)構(gòu)單元的轉(zhuǎn)換、約束的設(shè)定和載荷的施加， 將熱單元Sol id90轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)單元Sol id95,根據(jù)葉輪結(jié)構(gòu)的實際工作情況，確定約束為葉 輪結(jié)構(gòu)的中心孔，分別限制x、y、z三個方向的移動和繞y、z軸的轉(zhuǎn)動，確定載荷為葉輪結(jié)構(gòu) 整體繞x軸的轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速以1000rad/ S為例； 步驟五:葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析，以熱應(yīng)力結(jié)果為基礎(chǔ)，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行含 熱應(yīng)力的模態(tài)分析，得到熱應(yīng)力影響下葉輪結(jié)構(gòu)的前五階固有頻率，如表2所示 表2熱應(yīng)力影響下葉輪結(jié)構(gòu)的前五階固有頻率
[0010] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的 范圍內(nèi)，可輕易想到的變化，都應(yīng)涵蓋在發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法，其特征在于:所述方法通 過so Iidworks軟件建立葉輪結(jié)構(gòu)三維模型、通過ANSYS軟件對葉輪結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力影響下的 模態(tài)進(jìn)行分析，具體分析方法包括以下步驟： 步驟一：葉輪結(jié)構(gòu)的三維建模，利用sol idworks參數(shù)化建模法進(jìn)行三維建模，得到葉輪 結(jié)構(gòu)的三維模型； 步驟二：建立葉輪結(jié)構(gòu)的有限元模型，將葉輪結(jié)構(gòu)三維模型導(dǎo)入到有限元分析軟件 ANSYS，在ANSYS軟件前處理模塊中，完成對單元類型、材料屬性、材料參數(shù)的設(shè)定，并劃分有 限元網(wǎng)格，得到葉輪結(jié)構(gòu)的有限元模型； 步驟三:葉輪結(jié)構(gòu)的熱分析，對葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，通過ANSYS 軟件的熱分析模塊，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析，得到熱分析結(jié)果； 步驟四：葉輪結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析，將熱分析結(jié)果耦合到結(jié)構(gòu)單元，進(jìn)行靜力學(xué)分析，得 到葉輪結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力； 步驟五:葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析，以熱應(yīng)力結(jié)果為基礎(chǔ)，對葉輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行含 熱應(yīng)力的模態(tài)分析，得到前五階固有頻率。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于ANSYS的葉輪結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力影響下的模態(tài)分析方法，其 特征在于，所述的步驟三中對葉輪結(jié)構(gòu)通過線性插值方法施加溫度載荷，具體方法為根據(jù) 實際工況，在柱坐標(biāo)下對所述葉輪結(jié)構(gòu)有限元模型等半徑的節(jié)點施加相同的溫度載荷。
【文檔編號】G06F17/50GK105912825SQ201610350655
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月25日
【發(fā)明人】趙慧穎, 門秀花, 張琨
【申請人】濟(jì)南大學(xué)