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剖析影响气动噪声的轴流风机叶片!

当轴流风机叶片较薄以及过度前掠,重心偏离叶根截面中心时,较高转速造成的离心力和不稳定进气流造成的叶片升力的变化,很容易激发叶片振动。同时由于流固耦合,还可能造成叶片的驰振,使叶片提前疲劳损坏,降低风机效率,并产生较大的气动噪声。
在叶轮设计时有必要对其振动模态进行计算,但叶片叶身曲面复杂,用经典理论无法求解,因此必须借用有限元模型来计算。ANSYS是当今比较有名的有限元阐发App之一,具有多种物理场的求解功能,可以很方便地进行模态阐发;大型CAD系统AppUniGraphics具有丰富的曲面造型功能,非常适合于叶轮等具有复杂曲面实体的造型,建好的实体模型导入ANSYS即可进行模态阐发。
预处理:
1.输入材料物理参数
输入ABS材料的物理性能参数:密度为1.2×10-6g/mm3,弹性模量为2.3MPa,泊松比为0.38。
2.抉择单元类型
叶轮表面为变厚度复杂曲面,选用10节点的四面体单元solid92,该单元采用二次位移模式,非常适合对形状不规则的实体划分有限元模型。
为了对基本扇区的两个间隔相对90°的轮毂的剖面划分网格,还抉择了一种二维单元:MESH200单元,并设定单元形状参数为“trianglewith6nodes”(MESH200单元是专门用来划分网格,提供网格占位功能,不参加单元运算)。
3.划分网格
先用MESH200三角形平面单元划分轮毂上的两个剖面的一个面上的网格,然后通过MSHCOPY命令将该面上的网格拷贝到另外一个剖面上(完成后的网格单元如图2)。对整个模型用solid92单元分网格(完成后的网格单元如图3)。
4.边界条件加载
叶轮通过轮毂的轴心线装配在电机轴线上,叶轮除转动外,其它运动都被限制。所以使轮毂圆柱装配面的有限元节点X,Z方向的自由度得到约束(在全局柱面坐标系中)。
有限单元的节点都有一个坐标系与载荷方向对应,在通常情况下节点坐标系与全局迪卡尔坐标系对应,必须首先用NROTAT命令转换节点坐标到柱面坐标系中,然后再在节点上加载位移约束。

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