某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析
原创的ANSYS教材 1静力学分析 叶轮离心力
第N章风机叶轮离心力案例下面将通过一个简单的风机叶轮离心力分析的案例，让读者对ANSYS Workbench 14.0有一个初步的了解，在学习时无需了解操作步骤的每一项内容，这些内容在后面的章节中将有详细的介绍，读者仅需按照操作步骤学习，了解ANSYS Workbench有限元分析的基本流程即可。
1.5.1案例介绍此次使用ANSYS WORKBENCH 14.0 静力分析模块通过对某风机叶轮模型加载每分钟1480转的旋转载荷来模拟叶轮运行时候旋转产生的离心力对结构的影响。
1.5.2启动Workbench并建立分析项目(1) 使用三维机械设计软件SOILDWORKS 2012 X64版进行建模然后通过ANSYS接口进入ANSYS WORKBENCH 14.0。
(2) 首先启动SOILDWORKS 2012。
选择模型文件打开。
如图-1所示。
图-1 选择模型文件图-2 进入ANSYS Workbench 14.0(3) 打开ANSYS 14.0程序接口→点击Workbench 启动ANSYS Workbench 14.0，进入程序。
如图-2所示。
（4）此为进入主界面后的状态。
程序自动在项目管理区创建分析项目A。
单击Toolbox（工具箱）中的Analysis System（分析系统）→（静力分析模块），将其拖动到项目管理区分析项目A2（Geometry）中，这时会如图-2显示。
这时候程序左下角的状态栏会从（Ready 准备好了）变成（繁忙），当程序运行完毕就会重新回到Ready状态。
图-3 启动静力分析模块（5）然后放开鼠标完成模型数据的导入过程。
此时项目A2与B3之间的模型参数数据可以关联共享。
如图-3所示。
图-4 进行材料参数定义1.5.3定义材料参数（1）在项目管理区双击点击图-4中项目B2 Engineering Data（材料数据）对材料属性进行定义。
在Outline of Schematic B2：Engineering Data 的A3项中选择Structural Steel（不锈钢）→Properties of Outline Row 3：Structural Steel中的A2项Density(密度) 下的B2项中输入7850→A8项Young`s Modulus (杨氏模量)中的B8项输入2E11→在A9项Poisson`s Ratio(泊松比)中的B9项输入0.3→然后单击（返回到项目管理区）返回到项目主菜单。
某离心通风机叶轮的ANSYS建模及应力分析
2015 届毕业设计论文题目9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析专业班级学号学生指导教师黄忠文指导教师职称副教授学院名称机电工程学院完成日期：2015年6月11日9-19某型离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析ANSYS modeling and stress analysis of 9-19centrifuge fanimpeller学生指导教师黄忠文摘要风机在各个行业的应用十分广泛，几乎涉及到国家开展生产的所有领域，而叶轮那么是风机的关键部件。
整个风机的运作过程那么是通过叶轮的机械转动，形成气压差，引起气流的定向流动，从而到达通风的效果。
由于风机应用广泛工作环境千变万化，对风机主要是叶轮的要求就进一步增强了。
一个合格的叶轮必须具有良好的综合性能，本文那么尝试对9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析。
为了便于对离心通风机叶轮进展构造静力分析，进而对1-19型某离心通风机构造进展了合理的研讨，适当优化，本文建立了一个简单，合理，有效的叶轮有限元分析模型，对于离心机叶轮而言，真是构造相当复杂，本文中对各部件做了合理的简化，确定了叶轮的构造尺寸及各局部的材料常数，并应用于整体模型的建立中。
建立有限元模形式时，有限单元的选择非常重要，合式的单元不仅使建模，计算方便，而且能够更加真实的模拟构造的受力，变形情况，本文侧重对叶轮的建模与有限元分析，对模型进展了合理的简化，如螺栓省略了，模型一体化以及不计重力对叶轮的影响。
关键词：离心通风机叶轮ANSYS有限元AbstractFans are widely used in various industries, almost involves all areas of the national development and production, and the impeller is the key ponents of the fan.The whole operation process of the fan is through the rotation of the mechanical impeller, formation pressure difference, cause the directional flow of air flow, so as to achieve the effect of ventilation.Widely used because of the fan working environment, requirements for fan is mainly the impeller is further enhanced.A qualified impeller must have good prehensive performance, this paper try to 9-19 ANSYS modeling and stress analysis of a centrifugal fan impeller.In order to carry out structural static analysis of centrifugal fan impeller, and a centrifugal fan in type 1-19 structure has carried on the rational discussion, appropriate optimization, this paper set up a simple, reasonable and effective finite element analysis model of impeller for the centrifugal impeller, it's structure is quite plicated, this article made a reasonable simplification, the ponents to determine the structure of the impeller size and material constant of each part, and applied to setting up the model of the whole. Establishing finite element model form, the choice of the finite element is very important, shaped unit not only make the modeling and calculation is convenient, but also more realistic simulation of the structure of the stress, deformation, this paper focuses on the modeling and finite element analysis of the impeller, to the reasonable simplified model, such as bolt is omitted, model integration, and regardless of the gravity effect on the impeller.Key words ：Centrifugal fan Impeller ANSYS Filet element目录摘要1Abstract2目录4第一章绪论71.1课题背景71.1.1行业现状71.1.2课题研究的意义8第二章关于风机92.1 风机的应用92.2风机的构造与分类102.3 离心机的工作过程11第三章9-19型离心通风机的三维图与平面图123.1 9-19型离心通风机平面图123.2 1-19型离心通风机叶轮三维图13第四章9-19型某离心通风机叶轮的建模154.1 绘制上圆盘154.1.1 创立草图154.1.2 绘制草图154.1.3 旋转成体164.2绘制下圆盘174.2.1 创立草图174.2.2绘制草图174.2.3旋转成体174.3绘制叶片184.3.1 创立草图184.3.2 绘制草图184.3.3 拉伸成体194.3.4 布尔运算204.4 打孔与螺栓214.4.1 创立草图214.4.2 绘制草图214.4.3 打孔214.5 求和22第五章叶轮的ANSYS有限元分析235.1 有限元的根本思想235.1.1 有限元构造分析的分析流程245.1.2 有限元法的优缺点26第六章离心通风机叶轮的ANSYS分析276.1 UG叶轮模型导入到ANSYS276.2 离心通风机叶轮的有限元分析286.2.1 设立工作目录、文件名、标题和分析模块296.2.2选择单元类型296.2.3 设置材料属性306.2.4划分网格306.2.5 施加约束316.2.6 施加荷载316.2.7 求解316.3 后处理316.3.1总位移云图316.3.2梅森应力图326.3.3应力强度326.3.4环向位移336.3.5环向应力336.3.6径向变形图346.3.7径向应力分布图35 第七章结论36参考文献37致38第一章绪论1.1课题背景进入21世纪，现已成为世界第二大经济体的中国经济开展令世界倾慕。
基于Ansys的风机叶片动力学分析-修改
基于Ansys 的风机叶片动力学分析（郑州大学化工学院，郑州市科学大道100号 450001）摘要：本文对R40轴流风机的动叶片进行了有限元建模，并运用ANSYS12.0软件对其进行了动力学分析，得到了叶片在静止和工作转速下的前10阶固有频率。
结果表明：R40轴流风机在额定转速下工作，运行稳定，不会发生共振；叶片的固有频率随转速的增加而变大； 关键词：风机叶片；有限元；动力学；模态分析Dynamic Characteristics Analysis Of Blade Of Fan Based On AnsysZhou Jun-jie Liu Bo Liu Liang（School of Chemical Engineering Zhengzhou University, Kexue Road NO.100 , Zhengzhou 450001） Abstract: In this paper, the finite element model of blade of R40 axial-flow fan has been built, using this model, the dynamic characteristics of blade has been analyzed with Ansys software. We can get the first 10 natural frequencies of blade under rated and resonant operating conditions. The results show that R40 axial-flow fan runs stablely under resonant operating conditions, resonance does not occur; The larger rotation speed can increase the natural frequencies of blade.Key words: Blade; Finite Element; Dynamic; modal analysis1 前言叶片作为叶轮机械重要的部件，其结构设计的合理与否直接影响到整机的性能，而叶片性能的优劣主要体现在静、动态特性上面[1]。
ANSYS基础教程——应力分析
ANSYS基础教程——应力分析关键字：ANSYS应力分析ANSYS教程信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析，应力分析包括如下几个类型:静态分析瞬态动力分析、模态分析谱分析、谐响应分析显示动力学，本文主要是以线性静态分析为例来描述分析，主要内容有：分析步骤、几何建模、网格划分。
应力分析概述·应力分析是用来描述包括应力和应变在内的结果量分析的通用术语，也就是结构分析。
ANSYS 的应力分析包括如下几个类型:●静态分析●瞬态动力分析●模态分析●谱分析●谐响应分析●显示动力学本文以一个线性静态分析为例来描述分析步骤,只要掌握了这个分析步骤，很快就会作其他分析。
A. 分析步骤每个分析包含三个主要步骤:·前处理–创建或输入几何模型–对几何模型划分网格·求解–施加载荷–求解·后处理–结果评价–检查结果的正确性·注意！ANSYS 的主菜单也是按照前处理、求解、后处理来组织的；·前处理器(在ANSYS中称为PREP7)提供了对程序的主要输入；·前处理的主要功能是生成有限元模型，主要包括节点、单元和材料属性等的定义。
也可以使用前处理器PREP7 施加载荷。
·通常先定义分析对象的几何模型。
·典型方法是用实体模型模拟几何模型。
–以CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。
–可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。
B. 几何模型·典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的。
–体由面围成，用来描述实体物体。
–面由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。
–线由关键点组成，用来描述物体的边。
–关键点是三维空间的位置，用来描述物体的顶点。
·在实体模型间有一个内在层次关系，关键点是实体的基础，线由点生成，面由线生成，体由面生成。
·这个层次的顺序与模型怎样建立无关。
浅谈用ANSYS进行离心通风机叶轮强度分析
件 上产 生 离心 力 。 压 力载 荷 （ Ｐ ）
分析中设定风机叶片压力面和吸力面的压差为 １ １ １ ０ Ｐ ａ 。
６分析 结果
３分 析工具 大型 通用 有 限元计 算 软件 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ １ ４ ． ５ 。
在 进 行 结果 分 析 时 采用 分 工 况分 析 ，采用 不 同 的载 荷 组合 得 出相应 的 工况 结果 ，为 叶轮 的结构 设 计提 供全 面的 理论 支撑 。 工 况一 ：自重 ＋离心力 （ Ｇ 十 Ｆ ） 风 机 叶 轮 在 自重 和 离 心 力 载荷 作 用 下 ，其 应 力 分 布 图 如 图 ２ 所 示。 风 机 叶轮 的最 大 应 力 为 １ ０ ４ ＭＰ ａ ，位 于轮 盘 上 与 轴 盘连 接 本文 采用基 于有 限元 方法 的大 型 通用数 值模 拟软 件进 行模拟 分 析 。由于 有 限元 方法存 在 离散误 差 ，为 了将该 部 分的误 差 影响尽 量 处 的开孔上。此处可认为是由于应力集中引起的峰值应 力，在远
离心力 载荷 （ Ｆ ）
风机叶轮的额定转速为 １ ４ ８ ０ ｒ ｐ ｍ，在风机运转时将在旋转部
２风 机设计 参 数
风 机 型号 ：４ － ２ ｘ ７ ５ Ｎ Ｏ ． ６ Ｅ 额定风 量 ：１ ６ ６ ７ ０ ｍ ／ ｈ 额定 静压 ：１ ０ ５ ０ Ｐ ａ 额 定全 压 ：１ １ １ ０ Ｐ ａ 额定 转速 （ 叶 轮 转速 ） ：１ ４ ８ ０ ｒ ｐ ｍ 吸入 温度 ：１ ６ — ３ ３ ． ３ ℃
４有 限元模 型
避免 ，在 分析 前 首先对 原 始模 型采 用不 同尺 寸的 网格 进行 多次 的模 离铆钉孔 的位 置，风 机轮盘的最 大应力为 ４ ９ ． ６ ＭＰ ａ ，安全 系数 态分 析 ，通过 查看 基频 随着 网格 尺 寸逐渐 细 化的 变化规 律 ，在尽 量 缩减 计算 规模 的 前提 下 ，得 到合 适 的网格 尺 寸 。即结 果的 网格无 关 性检 查 。然后 基于 此网格 尺 寸对模 型进 行完 整的 模拟 分析 。 建立 叶 轮 模 型过 程 中 ，对模 型 中 容 易 出现 应 力 集 中 的叶 片 与
基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析
775 850 1 600 160 85
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采用 CREO 软件对离心风机叶轮进行三维建 模，三维模型见图 1 所示。
图 1 离心风机叶轮三维模型
收稿日期：2018-03-12 第一作者简介：李鹏飞（1986—），男，本科，2009 年毕业于内蒙 古科技大学过程装备与控制工程（化工机械）专业，现为机械 工程专业在读工程硕士，安全评价师，工程师，就职于内蒙古 安邦安全科技有限公司。
5.710e+001 4.282e+001 2.855e+001 1.427e+001 0.000e+000 m/s
图 2 500 r/min 转速下 2 000 步后的流线图
不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和 出口压力见表 2。
表 2 不同转速下 2 000 步后离心风机的出口速度和
关键词：离心风机叶轮 强度分析 动力学分析
中图分类号：TH432；TP391.72
文献标识码：A
文章编号：1003-773X（2018）06-0035-03
引言 叶轮作为离心风机实现机械能转换为风能的核
心部件，其力学性能的好坏直接影响了离心风机的 寿命及安全性。离心风机运行过程中叶轮存在弯曲、 撕裂、断裂等安全隐患，传统设计过程中一般采用理 论公式对叶轮进行强度计算不能完整的预测叶轮的 力学性能，而采用 ANSYS 有线元法不仅可对离心风 机叶轮进行强度分析和动力学特性分析，还可求得 不同转速下叶轮的应力分布、变形分布和运转过程 中的临界转速，从而为实际生产运行工况提供理论 基础[1-2]。 1 离心风机叶轮建模与流场分析
离心风机风道流动为湍流，基于 FLUENT 软件 选用 RNG k-ε 湍流模型对风道流场进行分析[4]。
ansys风机叶轮刚强度分析
R
二、载荷及模型描述
载荷条件
取叶轮试验转速7475r/min情况进行计算 情况进行计算 取叶轮试验转速
模型特征
叶轮上共有19个叶片，由于叶片的形状既弯又扭,叶片 叶轮上共有 个叶片，由于叶片的形状既弯又扭 叶片 个叶片 沿长度及高度方向都是变厚度的，模型较为复杂。 沿长度及高度方向都是变厚度的，模型较为复杂。采 实体建模功能， 用ANSYS实体建模功能，可以方便地构造出叶轮的实 实体建模功能 体模型， 体模型，然后进行网格划分
风机叶轮刚强度分析
沈阳鼓风机厂
ANSYS北京办事处
1999.7.23
R
一、概述
• 利用ANSYS软件对沈阳鼓风机厂风机叶轮进行了3D强度及刚 度计算，风机叶轮的外形尺寸，及载荷条件参照设计图纸 及标准 • 计算时考虑了以下情况： 叶轮超速试验转速为7475r/min 1、叶轮超速试验转速为7475r/min 2、考查叶轮与轴脱离的条件
R
结果分析及结论
•叶轮在超速试验时离心力很大，应力分布最大 叶轮在超速试验时离心力很大， 叶轮在超速试验时离心力很大 值出现在叶轮背面 •在超速试验时，叶轮内径径向最小位移为 在超速试验时， 在超速试验时 0.0217mm, 而叶轮与轴的紧度为 而叶轮与轴的紧度为0.165mm, 因此 在该转速下， 在该转速下，不会发生叶轮与转轴脱离的现象 •在超转使叶轮内径径向最小位移超过0.165mm 在超转使叶轮内径径向最小位移超过 在超转使叶轮内径径向最小位移超过 时，会发生叶轮与转轴脱离的现象 •利用 利用ANSYS进行叶轮超转刚强度计算分析是 利用 进行叶轮超转刚强度计算分析是 方便且有效的
R
叶轮的应力分布
叶轮上最大应力出现在叶轮背面（ 叶轮上最大应力出现在叶轮背面（即没有叶片 的一侧），幅值为367MPa ），幅值为 的一侧），幅值为
基于ANSYS Workbench小麦脱粒机离心风机叶轮有限元分析
基于ANSYS Workbench小麦脱粒机离心风机叶轮有限元分析李吉成;果霖;朱景林;张天会【摘要】离心风机在农业生产中有着广泛的应用,叶轮是风机的主要部件之一,对风机性能有很大影响.本研究以小麦脱粒机离心风机的叶轮为研究对象,应用Creo建立风机叶轮的三维模型,并将模型以IGS格式导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中,对其进行静力学分析和模态分析.通过静力学分析,得到叶轮工作时的等效应力与应变云图:最大应力出现在轮盘轴孔台肩周围和叶片内侧与叶轮连接处,最大值为204.2 MPa,小于材料屈服强度420 MPa;通过模态分析,得到前八阶模态的振频和振型:叶轮的干扰频率21.82 Hz远小于前八阶模态的振频;根据分析结果,验证了叶轮工作的安全性.利用Creo和ANSYS Workbench的联合进行有限元分析,不仅缩短了静力学分析和模态分析所需的时间,而且提高了结果的准确性,为优化设计提供了理论依据.【期刊名称】《云南农业大学学报》【年(卷),期】2015(030)006【总页数】7页(P951-957)【关键词】离心风机;叶轮;ANSYS Workbench;有限元分析【作者】李吉成;果霖;朱景林;张天会【作者单位】云南农业大学机电工程学院,云南昆明650201;云南农业大学机电工程学院,云南昆明650201;云南省楚雄州农机推广站,云南楚雄675000;云南农业大学机电工程学院,云南昆明650201【正文语种】中文【中图分类】S226.1离心风机在农业生产中有着广泛的应用，叶轮是风机的主要部件之一，对风机性能有很大影响。
离心风机在小麦脱粒机中的作用为：利用麦粒与麦糠密度的不同，通过一定速度的气流将麦粒和麦糠分离。
由于小麦脱离机整体结构的限制，离心风机的尺寸不能太大，为了满足工作需求，可以通过提高转速来增大风速。
但随着叶轮转速的提高，其结构将承受更大的离心力，容易使叶轮产生塑性变形、撕裂等问题，增加了报废概率和安全隐患。
基于ANSYS的风机叶轮有限元强度分析
GM Manufacture
家生产的PVC软管的差异对接触角滞后的影响也极小 （F=0.043，P >>0.05）。因此，可认为水平管测量方法 在最不利条件下的系统误差最大值即为表6数值。
在精细化管理理念日益昌盛的今天，越来越多的 石化行业工程技术人员逐渐察觉到水平管测量方法本身 存在固有的系统误差。对于水平管测量方法，如果高程 差的测量值接近允许误差值时，则必须对比系统误差极 值，必要时进行复测确认，以确保安装质量。
【关键词】叶轮 叶片 加强筋 ANSYS
一、前言
叶轮是风机的核心部件，其结构包含前盘、叶 片、后盘和轴盘。由于叶轮是高速旋转的部件，为了其 稳定性在制作时一般用料较厚。为了优化结构，应用 ANYS Workbench对0473X9D的叶轮进行强度分析，使 其在强度、性能不变的情况下减少料厚，降低制作成 本，同时也为类似风机的料厚选用提供参考。
62 通用机械 2019年 第6期
图4 叶轮等效应力Von-Mises图
通用机械制造
GM Manufacture
图7 叶轮模型划分网格
图5 叶轮的总变形Total Deformation图
三、结构优化改进
根据上面分析结果，对叶轮的改进方法如下：叶 轮整体结构尺寸不变，前盘有4mm减薄为3mm，叶片 由5mm减薄为4mm，后盘由6mm减薄为5mm，叶轮入 口应力大的地方加一圈φ 8mm的圆钢加强筋。
基于Ansys-Workbench的高温离心风机叶轮有限元分析
耐高温循环风机在有色金属连续带材（铜带或铝 带）退火炉中，作为喷气加热的动力源起着核心的作 用[1]，调研发现，国内风机厂家尚无这种风机制造业绩 和经验；有关高温风机制造的相关国内外文献较少，国 外厂家仅有德国 PILLER 和英国 HOWDEN 等少数顶尖 风机供应商能够制造，价格昂贵；在与 EBNER 工业炉公 司和 OTTO JUNKER 工业炉公司[2]的交流过程中，笔者 也了解到这类核心设备，是其企业的核心机密，是为本 公司自行设计喷气加热炉的量身订制的，风机转子材 料选用 INCONEL 617，质保期可达 10 年。
风机叶片ansys分析(作业)
Ansys 有限元分析作业
机械设计
第9题、风机叶片在均布载荷下的静力分析
说明：建立三叶风机叶片有限元模型，对每个叶片单侧施加均布载荷，考虑重力作用
材料属性： Gpa E 210=，33/1085.7m kg ⨯=ρ ，v= 0.3
钢板厚度： 20mm
均布压强：P=1.5atm
解题过程
1、 建立三叶有限元模型。
如下图（1）
图（1）三叶风机
2、 不考虑耦合情况，可以只分析单个叶片，从而得出三个叶片状态，建立单个叶片模型。
3、 定义单元类型，设置材料属性，见图（2）-（4）
图（2）：设置单元类型
图（3）：设置材料弹性模量
图（4）：定义材料密度
4、设置边界约束条件及压力后单个叶片有限元模型见下图（6）
图(4):加载压强载荷
压力为1.5atm，即一个标准大气压，为151987.5P
图（5）加载重力加速度
重力加速度方向为Z轴，即沿叶片高度方向。
图（6）：风机叶片应力图
上图中上侧面与风机罩主体相连，为约束面，
5、下图（7）为载荷作用后风机叶片的位移云图
图（7）：位移云图
由图可知最大位移为0.139623inch.
6、下图（8）为载荷作用下的应力云图
图（8）：应力云图
有图可知最大应力为5.31e+09N，应力最大位置在风叶顶部与风机连接处，应力最小位置位于风叶底部外侧，位移最大位置在风叶外侧上部，位移最小位置是与风机连接处。
基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析
基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析
李鹏飞;张玉宝
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2018(033)006
【摘要】根据离心风机的实际工作情况,采用理论计算与ANSYS软件相结合的方法,对离心风机叶轮进行三维建模、风道流场分析和强度分析,从而得出不同转速下叶轮的强度,然后对不同转速下的强度与位移变形进行对比分析,确定叶轮能承受的最大转速,为更好地掌握和分析离心风机生产运行工况提供理论基础.
【总页数】3页(P35-37)
【作者】李鹏飞;张玉宝
【作者单位】内蒙古科技大学, 内蒙古包头014010;内蒙古科技大学, 内蒙古包头014010
【正文语种】中文
【中图分类】TH432;TP391.72
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench小麦脱粒机离心风机叶轮有限元分析 [J], 李吉成;果霖;朱景林;张天会
2.基于ANSYS的多翼型离心风机叶轮有限元分析 [J], 陈晓;陈小兵;龚艳
3.基于ANSYS的离心风机叶轮有限元分析 [J], 高平;张文焘;刘梦安;颜建田
4.基于ANSYS不同型线叶片的离心风机叶轮有限元分析 [J], 王锐;景璐璐
5.基于Ansys-Workbench的高温离心风机叶轮有限元分析 [J], 左曙光;刘益民;陆伟
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离心通风机叶轮应力与振动分析
图1额定转速下叶轮von-Mises应力分布云图图2额定转速下叶轮变形云图从图1可以看出：最大von-Mises应力出现在叶片和轮盖连接并靠近旋转中心的位置，最大von-Mises等效应力为185.81MPa；从图2可以看出：叶片最大变形出现在叶片端部，最大变形量为0.22787mm。
屈服安全系数（屈服极限与峰值应力之比）为1.86，断裂安全系数（强度极限与峰值应力之比）为2.64。
因此，通风机结构的强度满足实际工作要求。
3叶轮振动分析3.1模态分析基本理论研究结构的振动特性常常采用模态分析，得到结构每个模态的固有振型、固有频率和阻尼比，模态分析是谱响应分析、随机振动分析的基础[5]。
叶片和叶轮振动通常是通风机叶片发生破坏事故的主要原因，为避免事故，采取的做法为不使叶片和叶轮低阶固有频率与干扰频率重合，并且保证一定的频率避开率[6-7]。
通风机的干扰频率与通风机的转速有关，计算公式为：（1）式中：f n———通风机转速（rpm）；i———干扰力阶次。
通风机的干扰频率与通风机的转速有关，叶片和叶轮振动频率避开率可表示为：式中，f d———为叶片的动频。
对于不同的i值，通风机手册上规定的最小频率避开率见表1。
表1不同i值下叶轮模态分析的前6阶固有频率见表2，模态振型见图3。
计算得到叶轮低阶振动的频率避开率，见表3。
由此可见，叶轮各阶的频率避开率计算值均满足要求。
表2叶轮前六阶固有频率模态阶数123456f d/Hz140.71222.87260.04535.21647.39744.36阶次23456Δf/%48.6356.9517.729.878.44表3叶轮低阶振动频率避开率4结论采用有限元分析软件ANSYS对离心通风机进行应力与振动分析、计算和研究，得到了应力应变分布云图和模态固有频率和模态振型，同时确定了叶轮最大主应力出现（D）4阶模态振型（E）5阶模态振型（F）6阶模态振型图3额定转速下的模态振型（A）1阶模态振型（B）2阶模态振型（C）3阶模态振型图1联轴器同轴度偏移情况ab c2联轴器同轴度测量方法目前计算联轴器同轴度而进行测量的方法分为：双表法和三表法。
基于ANSYS的离心风机叶轮结构优化研究
基于ANSYS的离心风机叶轮结构优化研究冀春俊;高亚威;孙琦;冀文慧【摘要】Impeller is the core part of a centrifugal fan. As the impeller is rotating at a very high speed, the rotor and stator part should not contactat all. The tip clearance has a great influence on the fan efficiency because of the leakage loss and the secondary flow loss. A convex structure on the impeller wheel side was proposed to reduce the strain of the impeller so as to control the impeller tip clearance more accurately. Four new structure were designed and evaluated numerically by ANSYS. The results indicate that the new structure may reduce the axial and radial displacement of the impeller effectively. The design of the convex minimize the leakage loss and secondary flow loss by optimizing the tip clearance.%叶轮是离心风机的核心部件，由于叶轮是高速旋转的部件，动静之间不能有接触，同时动静之间的间隙通过泄漏损失和二次流损失直接影响风机的效率。
基于ANSYS 建模的风力机叶片模态分析及稳定性分析
4 米截面处首先出现失稳； 3 载荷为 My（min）极限载荷的 1.25 倍时，在
4.5 米截面处首先出现失稳； 4 载荷为 My（max）极限载荷的 1.11 倍时，在
4.5 米截面处首先出现失稳； 5 在 My（max），My（min），Mx（max），Mx（min）
det([K] − λ[M ]) = 0
（2.5）
模态阶数 振型 自然频率 （无转动） 预应力频率
（转速 20rpm）
1 挥舞
2 摆振
3 挥舞
4 摆振
5 挥舞
0.987 1.766 3.164 6.258 6.642
1.089 1.814 3.274 6.310 6.742
其中， λ =ω2 ，上述行列式为 λ 的多项式，有根
为临界屈曲载荷 Pcr ，记
λi
=
Pcri P
则方程（3.6）可以表示为
det([Ka ] + λi ⎡⎣Kd ⎤⎦) = 0
（3.7） （3.8）
可见求解屈曲临界载荷 Pcri 转化为求解特征值问题
即式（3.8），所求屈曲临界载荷为
Pcr = min(λi )Pa
（3.9）
min(λi ) 为失稳临界特征值，又称为失稳屈曲因子，
为失稳临界载荷与设计载荷之比。
3.2 计算结果
表 2 极限载荷下最小屈曲因子及截面
Mx（min）
Mx（max）
屈曲 截面 屈曲 截面
My（min） 屈曲 截面
My（max） 屈曲 截面
因子
因子
因子
因子
1.01 4m 1.34 4m
基于ANSYS的离心风机叶轮结构优化研究
ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ａ ｋ ａ ｇ ｅ ｌ ｏ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ａ ｒ ｙ ｆ ｌ ｏ ｗ
ｌ ｏ ｓ ｓ ． Ａ ｃ ｏ ｎ ｖ ｅ ｘ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗｈ ｅ ｅ ｌ ｓ ｉ ｄ ｅ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ
基 于 ＡＮＳ ＹＳ的 离 心 风 机 叶 轮 结 构 优 化 研 究
冀春俊 高亚威 孙 琦／ 大连理工大学能源与动力学院
冀 文慧 ／ 大连 中意 透平 科技 有 限公 司 中图分 类号 ： Ｔ Ｈ４ ５ ２ ； Ｔ Ｋ ０ ５ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ０ ０ ６ — ８ １ ５ ５ 一 （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ０ ４ ９ — ０ ４
离心通风机关键零部件受力仿真分析
机械管理开发MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT总第189期2019年第1期Total 189No.l , 2019机械分析与设计D01:10.16525/l4-1134/th.2019.01.019离心通风机关键零部件受力仿真分析李潇溪（大同煤矿集团同家梁矿，山西大同037003）摘要：针对离心通风机最常发生故障的叶片、王轴关键零部件进行受力仿真分析，建立其三维模型，然后利 用ANSYS 进行有限元分析。
从结果显示，系统的构件中存在着不同程度的不合理性，可以结合有限元技术，进行最优化的设计，为通风机的设计改进提供依据，降低故障率，关键词：离心通风机叶片叶轮组主轴仿真中图分类号:TD441+.5文献标识码:A文章编号：1003-773X （ 2019 ）01-0046-02引言由于煤矿作业的恶劣条件，通风机常常发生各种故障，通风机的故障会严重影响煤矿开采的安全 作业。
通风机的故障产生有多方面的原因，据统计显 示,通风机故障主要集中在叶轮及传动系统中，叶轮处的故障主要发生在叶片的根部，表现为裂纹、断裂 等形式，而传动系统的故障主要发生在传动轴及轴承处，表现为传动轴的磨损及扭转变形等形式小。
这 些故障的产生一方面是由于恶劣的外部环境所致，另一方面是零件结构设计的限制，造成零件的刚 度、强度等不能满足工作载荷的要求而产生变形磨损閃。
针对这一问题，本文采用有限元仿真的方法对 离心通风机的关键零部件进行受力分析。
1离心通风机结构及建模1.1离心通风机结构离心通风机结构如图1所示，其主要部件包括机壳、叶轮、主轴、风门、排气口、轴承、底座等部件叭叶轮是风机的主要部件，叶轮由叶片、连接和固 定叶片的前盘和后盘、轮毂组成。
离心风机的叶片型式根据其岀口方向和叶轮旋转方向之间的关系可分为后向式、径向式、前向式三种。
后向式叶片的弯曲方向与气体的自然运动轨迹完全一致，因此气体与 叶片之间的撞击少,能量损失和噪音都小，效率也就 高。
离心叶轮的应力数值分析与结构优化
（a）型线 a
（c）型线 b
由上述分析可见，最理想的轮盘应该选型线 c 中 y = 50mm、β = 3º 时的轮盘型线（此形状的轮 盘应力分布最小），其最大应力为 252MPa。与采 用型线 a 时轮盘的最大应力 315MPa 相比降低了 20% 。
在此基础上计算整体叶轮的应力分布，若选 择轮盘型线 a，将生成的叶片伸进轮盘中得到整 体叶轮，计算得到整体叶轮最大应力为 340MPa； 若选择前面得到的最理想轮盘型线，即选型线 c 中 y = 50mm、β= 3º时的轮盘型线，将生成的叶片 伸进轮盘中得到整体叶轮，计算得整体叶轮最大 应力为 301MPa。与采用型线 a 时整体叶轮的最 大应力相比降低了 11 . 5% ，其最大应力出现在叶 片进口轮盘侧。
所示。
表 3 轮盘最大等效应力（型线 c）
（y mm）
应力值（MPa）
1º
3º
5º
50
301
252
262
45
293
285
280
本文给出了应用 ANSYS 软件进行离心叶轮 分析的步骤以及应用方法和技巧，提供了叶轮的 建模方法和边界条件的处理方法；通过算例检查 了在 ANSYS 中选取单元及划分网格对计算结构 应力的影响；在此基础上计算了实际叶轮的应力 分布，优化了叶轮形状，使叶轮的最大应力降低了 11 . 5% ，为实际的叶轮设计提供了重要工程参考。
1 前言
叶轮是离心压缩机中非常重要的一个部件， 承担着由机械能转化为气体能的重任，由于离心 叶轮在转动中不仅承受着离心力、稳定气体力的 作用，而且还承受着气体非稳定力以及介质腐蚀、 粉尘磨损等多种其它因素的共同作用，因此对叶 轮强度方面的要求也越来越高。对设计者来说， 在通过流场计算等完成气动设计后，利用有限元 方法对叶轮强度进行校核、优化叶轮形状已成为 设计过程中的重要一环。ANSYS 有限元分析软 件现在已经广泛应用于石油化工、航空航天、机械 制造等各领域。利用 ANSYS 可以方便有效地进 行应力分析［1］，三维有限元模型能够很好地反映
基于ANSYS的离心压缩机叶轮结构优化分析
转 的安 全性 对 于整个 机组 的可 靠性有 着至 关重要 的作
用，而其结 构设计的合理性 又直接影响 着应 力的分布和
Ｇ ｌ ｈ ｍｕ ｌ ａ ｃ ｔ ｗ． ｕ ｒ ｅ Ｉ
圳
基于Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 的离心压缩机叶轮结构 优化分析
三 一 集团有 限 公 司 （ 湖 南长 沙 ４ １ Ｏ １ Ｏ Ｏ ） 刘 辉
【 摘
要】叶轮是 离心压缩机的核心部件 ，其运
二 、有 限元法 及其计 算软件
性 的想 法，从 而有效地降低应 力和 变形 的大小，为叶轮
结构设 计提供 了很好 的方向和思路 。
【 关键 词 】叶轮
压 缩 机
结构优 化
有 限元 分析 离心
三、结构参数及计算模型
前 言
１ ． 叶轮材料和转速
叶轮材料为Ｆ Ｖ ５ ２ ０ Ｂ 不锈钢 ，它的标 准值 见表 １ ，叶 轮 的转 速见表２ 。
表 １ 缩 比 高 、工艺性 能 好而被
广泛应用于钢铁冶金 、煤 化工、空气分离 、石油化工和 天然气输送等领域 。压缩 机的叶轮是它的核心部件 ，其 运 转的安全性对于整个机 组的可靠性有着至关重要的作 用 ，而其结构设计 的合理性 又直接影响着应力的分布和 变 形的大小 。因此 ，在满 足气动要 求的条件下 ，叶轮的 整体结 构设计是产 品研发 的关 键。 本文通 过大型有 限元分析 软件Ａ ＮＳ Ｙ Ｓ ，对 叶轮的 叶 片根 部倒角的结构尺寸进行 了调 整 ，建立了不同的优
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2015 届毕业设计论文题目 9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析专业班级学号学生指导老师黄忠文指导老师职称副教授学院名称机电工程学院完成日期：2015年6月11日9-19某型离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析ANSYS modeling and stress analysis of9-19centrifuge fan impeller学生指导老师黄忠文摘要风机在各个行业的应用十分广泛，几乎涉及到国家发展生产的所有领域，而叶轮则是风机的关键部件。
整个风机的运作过程则是通过叶轮的机械转动，形成气压差，引起气流的定向流动，从而达到通风的效果。
由于风机应用广泛工作环境千变万化，对风机主要是叶轮的要求就进一步增强了。
一个合格的叶轮必须具有良好的综合性能，本文则尝试对9-19型某离心通风机叶轮的ANSYS建模与应力分析。
为了便于对离心通风机叶轮进行结构静力分析，进而对1-19型某离心通风机结构进行了合理的研讨，适当优化，本文建立了一个简单，合理，有效的叶轮有限元分析模型，对于离心机叶轮而言，真是结构相当复杂，本文中对各部件做了合理的简化，确定了叶轮的结构尺寸及各部分的材料常数，并应用于整体模型的建立中。
建立有限元模形式时，有限单元的选择非常重要，合式的单元不仅使建模，计算方便，而且能够更加真实的模拟结构的受力，变形情况，本文侧重对叶轮的建模与有限元分析，对模型进行了合理的简化，如螺栓省略了，模型一体化以及不计重力对叶轮的影响。
关键词：离心通风机叶轮ANSYS有限元AbstractFans are widely used in various industries, almost involves all areas of the national development and production, and the impeller is the key components of the fan.The whole operation process of the fan is through the rotation of the mechanical impeller, formation pressure difference, cause the directional flow of air flow, so as to achieve the effect of ventilation.Widely used because of the fan working environment, requirements for fan is mainly the impeller is further enhanced.A qualified impeller must have good comprehensive performance, this paper try to 9-19 ANSYS modeling and stress analysis of a centrifugal fan impeller.In order to carry out structural static analysis of centrifugal fan impeller, and a centrifugal fan in type 1-19 structure has carried on the rational discussion, appropriate optimization, this paper set up a simple, reasonable and effective finite element analysis model of impeller for the centrifugal impeller, it's structure is quite complicated, this article made a reasonable simplification, the components to determine the structure of the impeller size and material constant of each part, and applied to setting up the model of the whole.Establishing finite element model form, the choice of the finite element is very important, shaped unit not only make the modeling and calculationis convenient, but also more realistic simulation of the structure of the stress, deformation, this paper focuses on the modeling and finite element analysis of the impeller, to the reasonable simplified model, such as bolt is omitted, model integration, and regardless of the gravity effect on the impeller.Key words ：Centrifugal fan Impeller ANSYS Filet element目录摘要 (1)Abstract (2)目录 (4)第一章绪论 (7)1.1课题背景 (7)1.1.1行业现状 (7)1.1.2课题研究的意义 (8)第二章关于风机 (9)2.1 风机的应用 (9)2.2风机的构造与分类 (10)2.3 离心机的工作过程 (11)第三章 9-19型离心通风机的三维图与平面图 (12)3.1 9-19型离心通风机平面图 (12)3.2 1-19型离心通风机叶轮三维图 (13)第四章 9-19型某离心通风机叶轮的建模 (15)4.1 绘制上圆盘 (15)4.1.1 创建草图 (15)4.1.2 绘制草图 (15)4.1.3 旋转成体 (16)4.2绘制下圆盘 (16)4.2.1 创建草图 (16)4.2.2绘制草图 (16)4.2.3旋转成体 (17)4.3绘制叶片 (18)4.3.1 创建草图 (18)4.3.2 绘制草图 (18)4.3.3 拉伸成体 (19)4.3.4 布尔运算 (19)4.4 打孔与螺栓 (20)4.4.1 创建草图 (20)4.4.2 绘制草图 (20)4.4.3 打孔 (21)4.5 求和 (22)第五章叶轮的ANSYS有限元分析 (23)5.1 有限元的基本思想 (23)5.1.1 有限元结构分析的分析流程 (24)5.1.2 有限元法的优缺点 (26)第六章离心通风机叶轮的ANSYS分析 (27)6.1 UG叶轮模型导入到ANSYS (27)6.2 离心通风机叶轮的有限元分析 (29)6.2.1 设立工作目录、文件名、标题和分析模块 (29)6.2.2选择单元类型 (29)6.2.3 设置材料属性 (30)6.2.4划分网格 (30)6.2.5 施加约束 (31)6.2.6 施加荷载 (31)6.2.7 求解 (31)6.3 后处理 (32)6.3.1总位移云图 (32)6.3.2梅森应力图 (32)6.3.3应力强度 (33)6.3.4环向位移 (33)6.3.5环向应力 (34)6.3.6径向变形图 (35)6.3.7径向应力分布图 (35)第七章结论 (36)参考文献 (37)致 (38)第一章绪论1.1课题背景进入21世纪，现已成为世界第二大经济体的中国经济发展令世界倾慕。
1979年至2012年，中国经济年均增速达9.8%远超世界经济年均增速。
中国有着悠久的风电产业的发展历史，对于我国的经济增长，风机功不可没。
在各个行业都有风机的身影。
随着中国经济的快速增长，特别是进入“第十二个五年计划”，国家加大基础设施投资，以及对行业发展的支持增加，风机市场毫无疑问将会更加繁荣。
离心通风机是大型机组设备中的重要组成部分，根据风机产品的发展趋势，低噪声、高效、大型化的风机在未来市场潜力。
在大型化的机组中，风机强度、运行寿命和可靠性都受到了一系列挑战。
叶轮毫无疑问是离心通风机的最关键的部件，也是实际应用中最容易出现问题的部件。
在离心通风机的工作状态下，叶轮高速转动的过程中承受离心力和气流激震力等力的共同作用，叶轮的工作状态下受力十分复杂。
所以风机的稳定性以及可靠度受叶轮强度和震动的直接影响。
基于叶轮复杂的结构和工作环境，对它的研究更加困难也更加重要。
1.1.1行业现状国外的各个风机企业都在加强对风机的科研投入，优化风机的设计和性能，才能在风机市场占有一席之地。
风机在发达国家如：美国、德国、日本的发展较快，其制造和研发更方面科技比较成熟，这些国家的风机企业在中国也有很好的口碑和品牌效应，在我国风机市场占据优势。
我国风机产业起步不计较玩，但最近几年取得了十足的进步，从最初的引进后仿制，到自主设计乃至返销国外。
尽管如此，国风机行业与国外还存在一定的差距。
1.1.2课题研究的意义叶轮是离心风机的核心部件，其设计质量的好坏直接影响到整个机组的工作效率和稳定性，且随着风机市场质量需求、同行业竞争以及原材料价格的上涨，风机企业对其自身产品的技术需求越来越高，对于风机设计优化愈加迫切。
利用ANSYS有限元辅助软件分析，可以在满足风机所需强度和可靠性的前提下，尽量减少风机尺寸、节省原材料、优化结构，是材料利用最大化，为企业带来可观的效益。
用有限元强度分析对于提高风机的设计水平，有重要的意义。
其意义有：1.为离心通风机叶轮的设计提供理论依据，保证风机强度安全。
2.优化产品结构，提升质量的同时，节省了材料，为企业节约生产成本。
为今后企业大规模扩大奠定基础。
第二章关于风机2.1 风机的应用风机在各行各业得到了广泛的应用，并且起到了十分重要的作用。
（1）离心风机在农业中的应用：离心风机结构简单便于安装，在农业生产中发挥着巨大作用，简化了农业生产过程，是农业机械化。
我国农作物产量世界领先，农耕面积大，作物收获之后如不及时风干处理，易腐烂变质，或者发芽，造成浪费。
过去农民只能通过自然晒干，处理刚收获的谷物，离心风机的普及解除了天气的限制。
在大型的粮食储备地方，基本都装备了离心风机，能更好的通风换气，保证粮仓空气的湿度，更好的保存了粮食。