基于流固耦合的壓氣機葉片靜力及模態(tài)分析.pdf

1、隨著航空發(fā)動機技術(shù)要求的不斷提高大大促進(jìn)了高負(fù)荷高轉(zhuǎn)速壓氣機的發(fā)展。壓氣機在實際工作中，葉片高速旋轉(zhuǎn)，其不僅承受著巨大的離心載荷，而且在對空氣做功的同時也承受著葉片兩側(cè)壓差所形成的巨大氣動載荷，在這兩種載荷的共同作用下，葉片會發(fā)生不同程度的形變；另一方面壓氣機葉片在實際工作中還會受到各種機械振動，而機械振動產(chǎn)生破壞的主要原因是由共振引起的，當(dāng)外界激振力頻率與葉片的某階固有頻率接近時，葉片的振幅會急劇增大，這可能會引起葉片疲勞產(chǎn)生裂紋甚至

2、發(fā)生斷裂。針對以上問題，本文基于ANSYS Workbench平臺以NASA Stage35試驗壓氣機作為研究對象，分別對壓氣機的氣動特性、葉片的靜力形變以及模態(tài)展開了相關(guān)研究，主要涉及的研究內(nèi)容如下：
　　1.壓氣機流體域與固體域的建立。使用 UG進(jìn)行壓氣機葉片初步三維建模，然后通過 BladeEditor進(jìn)行子午流道繪制，再通過 BladeGen進(jìn)行葉片重構(gòu)，然后分別導(dǎo)入TurboGrid與 DesignModeler建立壓氣

3、機流體域與固體域，為壓氣機氣動分析、基于流固耦合的葉片靜力分析以及模態(tài)分析奠定基礎(chǔ)。
　　2.壓氣機氣動特性分析。采用Workbench作為計算控制平臺以提高工作效率，通過CFX對流體域進(jìn)行求解，得到流體域流場分布及葉片表面壓力分布，并且將求解得到的壓氣機壓比、溫比、流量、效率等特性參數(shù)與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，然后對壓氣機內(nèi)部流場、葉片表面壓力分布、結(jié)果誤差等方面進(jìn)行了詳細(xì)分析。
　　3.基于流固耦合的壓

4、氣機葉片靜力分析。對不銹鋼、鈦合金、鋁合金動葉在全工況下的最大葉片形變量和最大等效應(yīng)力進(jìn)行了定量分析，并對鈦合金動葉的氣動變形、離心變形和組合變形所對應(yīng)的葉片形變量分布和葉片等效應(yīng)力分布進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此之后又研究了不同材料動葉葉頂間隙在100％工況下隨出口背壓的變化情況，最后定性分析了靜葉在100%工況下隨壓氣機出口背壓變化的葉片變形情況。
　　4.基于流固耦合的壓氣機葉片模態(tài)分析。通過模態(tài)計算得到了不銹鋼、鈦合金和鋁合金動葉