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压缩机叶片的有限元分析

发布于:2015-12-21 21:54
叶片有限元分析

      轴流式压缩机是依靠高速旋转的叶轮将气体从轴向吸入,气体获得速度后排入导叶,再经扩压后沿轴向排出的一种速度型压缩机,其阻力损失小,流量大,效率高,因而广泛应用于石化、冶金等行业。从该类型压缩机在工程上发生的诸多事故来看,很大一部分是由于叶片断裂引起的。轴流式压缩机的叶片是轴流式压缩机关键部件之一,同时也是设计的重点和难点,叶片的强度和振动特性是设计人员最为关心的2个问题。随着计算机软、硬件技术的高速发展,越来越多的学者采用数值方法来预测所设计结构的这2大特性,其中以有限元计算居多。
      对叶片进行有限元分析之前必须建立其CAD实体模型,由于叶片的外形一般是由比较复杂的自由曲面包络而成的零件,因此应合理选择模型建立的方法和过程,使其CAD实体模型较为准确地转化为有限元分析系统所需要的几何模型。
      针对目前有限元分析App通常不具备强大的实体建模能力的状况,大家将探讨采用参数化建模App(Solidworks)构造某轴流式压缩机叶片三维实体模型的关键技术,为后续精确转换成有限元分析系统所需要的几何模型提供必要条件。在此基础上,针对具体叶片结构,对CADApp(Solidworks)和CAEApp(ANSYS)之间的接口类型及转换方法做了详细分析,提出了将CAD系统下所创建的叶片几何模型转化为有限元分析系统所需要的几何模型的方法和注意问题,并成功地实现了模型的转换,同时在ANSYS系统下对所转换模型进行了网格剖分,建立了有限元分析模型,结果表明该方法可行。
      对于扭曲型叶片,一般是根据压缩机性能要求以及进出口压力、速度和效率等参数,应用流体分析App(CFD),经过流场计算,得到在叶片高度方向上的一系列横截面的离散数据,即流场部分点的三维坐标值,根据这些坐标值来建立叶片的实体几何模型。
      建模时,通常将叶片截面型线内、外弧的型值点坐标值以文本文件形式输入计算机,每一行对应1个型值点的X、Y、Z坐标值。在Solidworks中采用“插入”→“曲线”→“通过自由点的样条曲线”命令插入每一截面的内、外弧曲线型线,建立叶片的三维CAD模型。
      在三维实体造型App中建立的叶片三维实体模型,当导入ANSYS系统时,由于表达方式和转换App的问题,会产生叶身不成体等没有完全转换的现象,一边无线,即在Solidworks系统或其他三维实体造型系统中是实体,但在ANSYS系统中不是实体,这样就无法继续建立有限元分析模型,因此在保证不改变流场要求的情况下,必须对原始数据进行预处理。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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