一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105930620A(43)申请公布日2016.09.07(21)申请号201610350653.1(22)申请日2016.05.25(71)申请人济南大学地址250022山东省济南市市中区南辛庄西路336号济南大学(72)发明人赵慧颖门秀花张琨(74)专利代理机构济南誉丰专利代理事务所(普通合伙企业)37240代理人李茜(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法(57)摘要本发明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。CN105930620ACN105930620A权利要求书1/1页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。2CN105930620A说明书1/3页一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法技术领域[0001]本发明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。背景技术[0002]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。本发明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。发明内容[0003]为了克服上述技术问题，本发明提供了一种叶轮结构的热耦合振动特性有限元分析方法。[0004]本发明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。[0005]本发明的有益效果是：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