一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法技术

本发明专利技术提供了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，本发明专利技术技术方案如下:利用solidworks参数化建模法建立叶轮结构的三维模型；将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格；通过ANSYS软件模态分析模块，计算叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率；考虑温度场影响，计算叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率；对比上述分析中的固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响，为高温环境下叶轮结构故障机理研究提供了理论基础。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种旋转机械的有限元分析方法，尤其涉及一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法。
技术介绍
旋转机械运行时，受到气动激振、机械激振、热流场影响等作用，容易造成机械结构的整机振动，使机体、转子系统、附件系统及主轴承等零部件发生明显的振动响应。同时，伴随着旋转机械转速的提高，转/静件间隙不断减小，加剧了转静子间碰摩的热冲击效应以及转子的干摩擦失稳，严重的热效应会造成叶片断裂、转子失稳和发动机结构的破坏，导致重大运行事故发生。本专利技术提出了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，可以为叶轮结构故障机理研究提供理论基础。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术提供了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型；步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格，得到叶轮结构的有限元模型；步骤三：预应力模态分析，通过ANSYS软件的静力学分析模块和模态分析模块，对叶轮结构进行预应力模态分析，得到叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率；步骤四：热应力影响下的模态分析，通过ANSYS软件热分析模块、静力学分析模块和模态分析模块，考虑温度场影响，对叶轮结构进行热应力影响下的模态分析，得到叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率；步骤五：对比步骤三和步骤四中得到的前五阶固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响。本专利技术的有益效果是：利用计算机辅助三维建模软件solidworks在复杂三维模型建模方面的优势，采用参数化建模方法建立精准的叶轮结构模型，弥补了有限元软件 在建模方面的劣势；再结合ANSYS强大的网格划分和计算能力，得到叶轮结构在不同转速下的预应力模态和热应力影响下的模态分析结果，为高温环境下叶轮结构故障机理研究提供了准确、可靠的理论基础。附图说明图1为本专利技术的工作流程图；图2为本专利技术的叶轮结构的立体结构图。具体实施方式参照说明书附图与实施例对本专利技术作进一步说明。如图1所示，是本专利技术一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法的工作流程图，主要有2大部分组成，分别由两个软件来实现。详细步骤如下：步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型，如图2所示；步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格，得到叶轮结构的有限元模型，其中关键就是约束的设定和载荷的施加，根据叶轮结构的实际工作情况，确定约束为叶轮结构的中心孔，分别限制x、y、z三个方向的移动和绕y、z轴的转动，确定载荷为叶轮结构整体绕x轴的转动，其中转速分别为100rad/s、300rad/s 500rad/s、700rad/s、1000rad/s；步骤三：预应力模态分析，通过ANSYS软件的静力学分析模块和模态分析模块，对叶轮结构进行预应力模态分析，得到叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率，计算结果如表1所示；表1 叶轮结构不同转速下的固有频率（Hz）步骤四：热应力影响下的模态分析，通过ANSYS软件热分析模块、静力学分析模块和模态分析模块，考虑温度场影响，对叶轮结构进行热应力影响下的模态分析，得到叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率，其中关键就是材料参数的设置，材料参数的设置与材料的性质和温度有关，以K4002合金为例，如表2所示，1000℃时叶轮结构在不同转速下前五阶固有频率如表3所示；表2 不同温度下K4002合金材料参数表3 1000℃时叶轮结构在不同转速下前五阶固有频率步骤五：对比步骤三和步骤四分析结果的前五阶固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响，其结果表明高温环境对叶轮结构的各阶固有频率都有削弱作用，叶轮结构的稳定性有所降低。以上所述，仅为本专利技术的具体实施方式，熟悉本领域的技术人员在本专利技术揭露的范围内，可轻易想到的变化，都应涵盖本在专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，其特征在于：所述方法通过solidworks软件建立叶轮结构三维模型、通过ANSYS软件对叶轮结构的热耦合振动特性进行分析，具体分析方法包括以下步骤：步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型；步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并划分有限元网格，得到叶轮结构的有限元模型；步骤三：预应力模态分析，通过ANSYS软件的静力学分析模块和模态分析模块，对叶轮结构进行预应力模态分析，得到叶轮结构在不同转速下的前五阶固有频率；步骤四：热应力影响下的模态分析，通过ANSYS软件热分析模块、静力学分析模块和模态分析模块，考虑温度场影响，对叶轮结构进行热应力影响下的模态分析，得到叶轮结构在高温环境中不同转速下的前五阶固有频率；步骤五：对比步骤三和步骤四中得到的前五阶固有频率，得出温度场对叶轮结构振动特性的影响。

【技术特征摘要】
1.一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法，其特征在于：所述方法通过solidworks软件建立叶轮结构三维模型、通过ANSYS软件对叶轮结构的热耦合振动特性进行分析，具体分析方法包括以下步骤：步骤一：叶轮结构的三维建模，利用solidworks参数化建模法进行三维建模，得到叶轮结构的三维模型；步骤二：建立叶轮结构的有限元模型，将叶轮结构的三维模型导入到有限元分析软件ANSYS，在ANSYS软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束的设定，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慧颖，门秀花，张琨，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37