ansys风机叶轮刚强度分析
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]。
原创的ANSYS教材10叶轮模态
第N章风机叶轮模态分析案例下面介绍某核电厂用空调风机叶轮模型使用ANSYS WOKBENCH 14.0 机械设模块模态分析功能进行分析，演示其基本操作过程。
1.5.1案例介绍模态分析的经典定义是：将线性定常系统振动微分方程组的物理坐标变换为模态坐标，使方程解耦成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程以便求出系统的模态参数。
坐标变换的变化矩阵为模态矩阵其每列为模态阵型。
模态分析的最终目标在于改变机械结构系统由经验、类比和静态设计方法为动态、优化设计方法；在于借助于实验与理论分析相结合的方法对已有结构系统进行识别、分析和评价，从中找出结构系统在动态性能上所存在的问题，确保工程结构能安全可靠及有效的工作；在于根据现场测试的数据来诊断和预报振动故障和进行噪声控制。
通过这些方法为老产品的改进和新产品的设计提供可靠的依据。
系统各个阶模态对相应的贡献量或者权系数是不相同的，它与激励的频率结构有关。
一般低阶模态比高阶模态有较大的权系数。
对于实际结构而言，我们感兴趣的往往是它的前几阶或者十几阶模态，更高阶的模态常常被抛弃。
这样尽管会造成一定的误差，单频相应函数的矩阵阶数将大大减少，使计算量大为减少。
实践证明这是完全可取的，这也是模态分析的一大优点，这种处理方式成为模态截断。
可以使用质量点：质点在模态分析中是只有质量（无硬度）的存在，其会降低结构自由振动的频率。
材料属性：杨氏模量，泊松比，和密度是必需的。
由于在结构上没有激励作用，因此振型只是与自由振动相关的相对值。
此次我们使用某核电厂用空调风机的叶轮部件进行模态分析查看其前5阶阵型为结构改进与动力学分析做准备。
1.5.2导入模型(1) 我们使用实际生产图的模型进行分析。
在模型简化上仅仅删除了轮毂与轮盘连接用的铆钉，其他部分未经简化，其与实际模型完全相同。
首先打开SW，并打开模型文件。
如图-1以及图-2所示。
图-1 打开SW 图-2打开模型文件。
（2）打开ANSYS WORKBENCH 程序接口导入模型文件。
MW 级风力发电机轮毂强度分析
图 4 载荷输入模型 Fig14 Model of loading on BLADE
表 1 工况 载荷表 Tab11 Working condition and loading
最大载荷 Fx Fy Fz
工况
118 i 611 e 115 i
叶片 1 14311
15417 52113
叶片 2 14415 - 18315
体单元 ,叶片与轮毂连接面的中心与螺栓中心及 螺栓长度用多点约束梁单元连接.
应用有限元素法 ,静力分析方程可归纳为
KU = F
(1)
式中 : K ———结构刚度矩阵 ;
U ———位移向量 ;
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
Mz
711 h - 14918 - 14819 - 15017
引起应力集中. 因此轮毂设计的好坏将直接影响 到整个风力发电机的正常运行和使用寿命 ,有必
3 有限元分析
要对轮毂进行受力分析以确定轮毂各个部位应力 分布 ,为轮毂的优化设计提供依据[6 - 7 ] .
311 有限元模型 轮 毂 有 限 元 模 型 的 建 立 是 通 过 SOL ID2
时仿真器 ,模拟出风力机在各种不同的运行情况 下叶片及轮毂的动态性能 ,进而筛选出载荷计算 报告中的极限值作为应力初始值 ,对沈阳工业大 学研制的 1 MW 级风力发电机的轮毂进行有限元 分析 ,获得了比较好的效果 ,同时缩短了设计周 期 ,降低了设计费用.
1 结构及载荷简介
本文以 1 MW 机型 SU T21000 的轮毂部分为 研究对象 ,分析轮毂的强度及轮毂与叶片间连接
CAE-ANSYS风机应用介绍
轴流式叶轮结构分析
混流式叶轮结构分析
流道结构分析
蜗壳强度计算分析
OUTLINE
•ANSYS的主要技术特点 -ANSYS/CFX的主要技术特点
烟气含量：
CO:42.37%
CO2:9.05% N2:8.65% O2:0.214% H2O:39.716%
计算网格（网格总数：170万）
优质的附面层网格
计算网格（网格总数：170万）
出口压力：－18572 Pa
压力分布
压力分布
流线
流线
流线
速度矢量
速度矢量
动画
•鼓风机分析实例—叶轮结构分析
ANSYS风机应用介绍
OUTLINE
•风机研发中的主要技术问题 •ANSYS在风机中的应用实例 •ANSYS的主要技术特点 •总结
OUTLINE
风机研发所遇到的主要技术问题
？
叶轮设计 流道设计 流场问题 压力场问题 高温问题
装配
叶轮动态特性 转子动特性
启动过程模拟 叶轮的强度 振动与疲劳
间隙过盈分析
叶轮结构分析
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
叶轮结构分析
叶轮位移分布
叶轮内表面位移分布
考查叶轮是否与旋转轴分离关心的是叶轮内表面的径向位移分布，由上图可以 看出径向最小位移为0.0217mm,径向最大位移为0.144mm,均比过盈量小，所以 不发生脱离现象
压气机叶轮强度、模态、温度场分析
叶轮材料选择 结构形式优化 提高效率、性能
提高耐久性 安全可靠性评估
降低成本 •••••••
OUTLINE
•对于风机叶轮、流道设计，采用ANSYS/CFX进行 CFD分析，准确模拟流体的流动状况、流场分布 、压力分布，在高温情况下，可以模拟系统的温度 分布。
基于ANSYS的风机轮毂的强度分析及优化设计_孟春玲
2
轮毂的静强度分析
在对轮毂优化之前， 首先要保证其已经满足强度要求并
且有比较大的优化空间 ， 故需对其强度校核。 而轮毂是大型 钢结构实体， 体积重量大， 结构和载荷工况复杂， 无法采用简 单的工程算法对其应力应变进行精确的计算校核 。 有限元 方法作为一种数值计算方法 ， 不仅能够大幅度提高计算精 而且降低设计与制造成本 、 节省时间， 被广泛应用在航 度， 空、 机械等多个工程领域 2． 1
1
引言
风能是可再生能源中发展最快的清洁能源 ， 也是最具有
之间的能量转化系统
［2 ］
。风机叶片旋转时会产生气动载荷 ，
同时其惯性力、 离心力和重力都会通过叶片根部传递至轮 毂， 加之其自身的重力和结构复杂性 ， 在各种静载荷和交变 轮毂与叶片， 与法兰的连接处很容易引起应 载荷的作用下， 轮毂连接风机主轴， 其重量产生 力集中和疲劳破坏。 另外， 的弯矩通过主轴作用于塔筒 ， 对塔筒的强度和寿命有很重要 的影响。因此轮毂作为风电机组的重要组成部件 ， 研究的问 减轻轮毂的重量对以提高 题在于如何改善轮毂的结构设计 、 风电机组的整体性能 求。 考虑到轮毂重载荷对整机强度和寿命所带来的负面影 响， 前人做过采用变截面设计来减轻轮毂重量的优化设计 ，
即通过减少轮毂壁厚的方法达到减轻重量的目的 。 但该方 案没有进行疲劳寿命分析 ， 并且变截面设计会增加轮毂的加 工难度， 因此不宜实施。 本文针对前人方案没有疲劳寿命分析和其加工困难的 问题， 以减轻轮毂自重为目标 ， 对风机轮毂不仅进行了静强 度分析， 也进行了疲劳寿命分析 ， 通过对比分析多个计算结 优化方案在满足强度和疲劳寿命要求 果得到最佳优化方案， 的前提下， 不仅减轻轮毂的自重， 而且其最大应力值比未优 化之前有所降低。从而提高了主轴、 塔筒以及风电机组整体 结构的强度性能， 同时钻孔设计简单易实施 ， 因而更具有实 际生产的可行性。
浅谈用ANSYS进行离心通风机叶轮强度分析
浅谈用ANSYS进行离心通风机叶轮强度分析作者：胡丽刚王志军来源：《工业设计》2017年第01期摘要：在通风机中，ANSYS基于长期的有限元理论与实践工程经验上发展起来的。
对于风机我们使用ANSYS软件进行结构强度分析能够更贴近实际工况值，本文结合4-2X75No6E 型离心通风机叶轮的强度分析过程进行了论述。
关键词：离心通风机叶轮； ANSYS；强度分析1 概述离心通风机是较为常见的通风机械，有一些场合用的通风机的安全性要求很高，比如矿井通风机、核电站的核级风机，这些场合的风机除了要满足气动性能外，对运行安全性有着更高的要求，尤其是核电站中使用的核级风机，在以往的设计和使用情况来看，核级风机的叶轮在设计时的安全系数通常在不加载地震激励的情况下至少应取n≥4，这样在做抗震试验时才能满足要求，不出现影响安全的情况发生。
因此这就需要我们在设计阶段对一些关键部件进行强度计算，对于离心风机来说，叶轮为旋转部件，也是核心部件，运行中叶轮的安全性最为重要。
叶轮的计算我们以前只能用传统的力学计算来验证。
随着计算机技术的发展以及有限元软件的大量应用，其计算更能接近真实工况，计算也更为可靠和快速。
因此本文采用有限元分析的方法，验证其在额定全压及离心力作用下，对离心风机叶轮中的部件叶片、轮盘、轮盖的应力和应变进行计算分析，看所做的设计方案是否能够满足相应的强度要求。
2 风机设计参数3 分析工具大型通用有限元计算软件 ANSYS 14.5。
4 有限元模型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轮盖、叶片与轮盘交界处做圆角处理，避免出现冗余的计算结果，使计算结果更具有准确性。
基于ANSYS的风机轮毂的强度分析及优化设计
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ ：ｎ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｆ ｅｇ ｔ ｏ ｓｄ ｓ ｎ ｆ ｒ ｈ ｎ ｒ ｉ ｅ ｕ ｏｒｔｅ ｐ ｏ ｌ ｍ ａ ａ ｉｂ ｅ ｃｏ ｓ ｓ ｃ Ｉ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉｈ ｓ ｅ ｉ ｏ ｅｗｉ ｄ ｔ ｂ ｎ ｓｈ ｂ，ｆ ｒ ｂ ｅ ｔ ｔ ｒ ｌ ｒ ｓ － ｅ — ｗ ｌ ｇ ｔ ｕ ｈ ｈ ｖ ａ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｓ ａ ｅ ｄｆ ｃ ｌ ｔ ｒｄ ｃ ｎ ｏ ｓｎ ｔｈ ｖ ａｉｕ ｉ ａｙ ｉ ，ｔ ｉ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔｄ ａ ｗ ｙ ｏ ｒｌ ｎ ｎ ｉ ｅ ｉ ｒ ｉ ｕ ｔ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅ ａ ｄ ｄ ｅ ｏ ａ ｅ ｆｔ ｅ ｌ ｅ ａ ｌ ｓｓ ｈ ｓ ａ ｅ ｒ ｓ ｎｅ ａ ｆｄ ｌ ｇ ｏ ｏ ｎ ｉ ｆ ｇ ｆ ｎ ｉ ｉ ｔ ｅ ｍａｎ ｐ ｒ ｏ ｅ ｈ ｂ ｔ ｅ ｕ ｅ ｔ ｅ ｗ ｉｈ ｆ ｈ ａ ｅ １ ｉｓ ，ｔ ｅ ｌｒ ｅ ｓ ａ ｅｆ ｉ ｌｍｅ ｔ ａｙ ｉ ｏｔ ａ ｅ ｈ ｉ ａ ｔ ｆｔ ｕ ｏ ｒ ｄ ｃ ｈ ｅｇ ｔｏ ｅ ｆｎ ｗｈ ｅ ．Ｆ ｒｔ ｈ ａ ｇ － ｃ ｎ ｔ ｅｅ ｎ ｌ ｓ ｓ ｆ ｒ ｈ ｔ ｌ ｉ ｅ ｎ ａ ｓ ｗ ＡＮＳ ｓ ｕ ｅ ｏ ａ ａｙ ｅ ｔ ｅ ｓ ｅ ｇ ｈ ｏ ｈ ｎ ｕ ｂ ｎ ｕ ｎ ｈ ｎ ｔ ｅ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｗ ｓ ｃ ｒｉｄ ｏ ｔｆｒ ｔ ｅ ＹＳ ｗａ ｓ ｄ ｔ ｎ ｚ ｈ ｔ ｎ ｔ ｆ ｔ ｅ ｗｉｄ ｔ ｒ ｉ ｅ ｈ ｂ ａ ｄ ｔ ｅ ｈ ｐ ｉ ａｉ ａ ａｒｅ ｕ ｏ ｈ ｌ ｒ ｍｉ ｏ
基于ANSYS风力机叶片的设定方法
摘要介绍近年来将有限元软件ＡＮＳＹＳ应用于风力机叶片设计和分析的发展概况．并详细阐述使用ＡＮＳＹＳ实现叶片从实体建模、材料参数定义、网格划分到性能计算的设定方法．为更好的进行风力机叶片结构设计、强度分析奠定基础。
关键词风力机叶片ＡＮＳＹＳ软件分析中图分类号：ＴＫ８３１．３文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—９０６４（２００９）０２－０１０２－０３随着大型有限元通用程序的推广和普及以及计算机硬件技术的飞速发展，有些高校、企业和科研单位开始将有限元分析技术用于风力机叶片分析设计研究之中，但还不是很普及。
ＡＮＳＹＳ软件是市场占有率最高的有限元软件之一。
它是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件｛”。
风力机在风能利用中占有最主要的地位．而叶片则是风力机中核心的部件。
大型水平轴风力发电机组终年运行在复杂的自然环境中，所受载荷情况非常复杂．主要包括空气动力载荷、重力载荷和惯性载荷。
在风力发电机组的研究设计中，为了对其零部件进行强度分析、结构力学分析以及寿命计算，确保风力机在其设计寿命内能够正常运行。
必须对风力机及其零部件进行静、动态分析。
为风力机叶片结构改进和优化设计提供可靠的依据。
本文就近年来研究人员利用有限元法对叶片进行分析设计进行了总结，介绍了ＡＮＳＹＳ在叶片分析设计中的几种强大功能，应用这些功能可帮助研究人员进一步缩短研发时间，提高工作效率，降低研发成本。
ｌ叶片的实体建模一般构造叶片实体模型的方法有２种：①在ＡＮＳＹＳ有限元程序中直接创建实体模型。
可以采用自底向上自顶向下或者混合的建模方法；（函引入实体模型是将ＣＡＤ／ＣＡＭ软件中Ｐｒｏ，Ｅ、ＵＧ等创建好的实体模型通过数据接口转换过滤器引入到有限元分析程序中去进行分析的一种方式。
由于风力机叶片外形和截面形状复杂，在翼展方向还存在扭转角和渐缩的弦长．使得对叶片的实体建模存在较大的困难。
一般采用国际流行三维建模软件Ｐｒ０／Ｅ对叶片进行实体建模１２ｌ。
基于ANSYS软件的离心风机叶轮有限元分析
775 850 1 600 160 85
20
35
10
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]。
风力发电机组轮毂极限强度的有限元分析
风力发电机组轮毂极限强度的有限元分析文章是基于有限元理论，对兆瓦级风力发电机组的轮毂进行强度及疲劳计算。
轮毂是风力发电机中的重要组成部分，铸造而成，是将机械能转换为电能的核心部件，其形状复杂，轮毂的设计质量会直接影响到整个机组的正常运行及使用寿命，在其受复杂风载荷的作用下，其强度和疲劳耐久性成为此行业关注的焦点。
此分析利用大型有限元分析软件Ansys对轮毂模型分析。
模型中包含轮毂、主轴及叶片，从轮毂的应力分布情况，从中找出最危险的部位，为轮毂的设计提供可靠依据。
标签：风力发电机；轮毂；有限元分析；极限强度1 绪论1.1 课题研究背景经济发展过程中，我国作为世界上人口最多的发展中国家，能源消耗量不断增加，传统化石能源无以为继，面临的能源开发利用的资源约束越来越多，环境压力也越来越大。
如今，生态环境承载能力弱、资源相对紧张。
传统能源利用导致的环境问题越来越严重，以及全国范围内的雾霾天气都在提醒我们要努力做到全面、协调、可持续发展，以符合当今国情。
在众多的可再生能源中，风能以其巨大的优越性和发展潜力受到人们的瞩目。
1.2 轮毂在大型风力发电机组的重要性在大型风力发电机组中，轮毂是核心构件，其不仅承担着与驱动连的链接，而且将叶片所受的风载荷通过主轴传递给齿轮箱，承担着风力发电机组容量增大而带来的更大的负荷。
它需要有足够的强度和刚度，以保证机组在各种工况下能正常运行。
由此可看出轮毂在风力发电机组的设计和制造过程中的重要性。
2 轮毂的强度校核计算2.1 轮毂模型介绍轮毂模型结构见图1此机组风轮由三片叶片对称安装在轮毂上构成，叶片间的夹角为120°。
利用CAD绘图软件Solidworks，绘制了轮毂的三维实体几何简化模型。
在保证计算精度的前提下，由于小的孔类、圆角及小凸台类结构对计算结果影响很小并且不是关键部位，已经略去。
叶片产生的气动载荷以及由于风轮旋转和机舱对风轮转动引起的离心力、惯性力和重力通过三片叶片连接点传递到轮毂上，这些载荷和轮毂自身的重力构成了轮毂载荷。
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。
CAE-风机叶轮刚强度分析
叶轮位移分布
由上图可以看出在叶片外缘叶尖位移最大
R
叶轮内表面位移分布
考查叶轮是否与旋转轴分离关心的是叶轮内表面的径向位移分 布，由上图可以看出径向最小位移为0.0217mm,径向最大位移 为0.144mm,均比过盈量小，所以不发生脱离现象
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 0.0217mm, 而叶轮与轴的紧度为0.165mm, 因此 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 时，会发生叶轮与转轴脱离的现象 •利用ANSYS进行叶轮超转刚强度计算分析是 方便且有效的
R
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 沿长度及高度方向都是变厚度的，模型较为复杂。采 用ANSYS实体建模功能，可以方便地构造出叶轮的实 体模型，然后进行网格划分
R
模型采用SOLID95单元进行划分 整个模型网格单元数为73055 节点数为148048 自由度数为444144
R
叶轮的实体模型R源自叶轮的有限元模型R
三、结果概况
考虑叶轮在试验转速下的静力计算，得到应力及位移分 布，分析在该转速下是否发生叶轮与转轴脱离的现象。
R
叶轮的应力分布
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
R
单个扇区应力分布
从上图可以清楚地得到叶轮上应力分布的情况
风机叶轮刚强度分析
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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
两种离心通风机叶轮零部件强度计算方法的比较分析
两种离心通风机叶轮零部件强度计算方法的比较分析蔡建程 袁民健 卢傅安 祁大同 邱长安 /西安交通大学能源与动力工程学院摘要：阐述了叶轮零部件强度分析的传统计算方法和有限元计算方法，并进行了比较分析，提出了建议和要求，给出了结论。
关键词：离心式通风机；叶轮；强度；有限元分析 中图分类号：TH432 文献标识码：B 文章编号：1006-8155（2007）05-0030-04A Contrast between Classical Method and Finite Element Method for Calculating Strength of Impeller Parts in Centrifugal FansAbstract: This paper specifies the classical method and Finite Element Method for analyzing strength of impeller parts, and gives the comparison and analysis for them. The advice and requirements are pointed out. And the conclusion is obtained.Key words: centrifugal fan; impeller; strength; Finite Element Method (FEA)0 引言分别用传统方法和有限元方法计算了某离心通风机叶轮零部件强度。
在传统的计算分析中，叶轮零部件（包括轮盘，轴盘，叶片，铆钉）强度都满足要求。
而在使用通用有限元分析软件ANSYS 及NASTRAN 计算时,如果不考虑叶片根部与轮盘之间的焊接工艺情况，这些部位的应力则超过材料许用应力。
本文采用增加这些部位单元的厚度来模拟焊接工艺以消除应力集中，使得出的应力值低于材料的许用应力，并依据计算结果对焊缝的几何尺寸及焊接质量提出相应要求,确保风机的安全运行。
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
ｋ， ７ １ ６ ９ ， ７ ． ３ ０１
， ３ ．９ ７ ， 一３ ８ １ ９ ２
０
根据 １ ＭＷ 叶片 翼 型 的特点 ， 叶片分 为 ４ 将 ５个 截面 ， 每个截 面上 有 ８ ６个 关 键 点 。通 过 Ｂｐｉｅ命 ｓｌ ｎ 令 将每个 翼 型上 的关键点 连成 １ 曲线 ， 后将 叶 ８条 然
１ ４
基于 Ａ Ｓ Ｓ建模 的风力机叶片模态分析及 稳定性分析 ＮＹ
基 于 Ａ Ｙ 建 模 的风 力机 叶 片模 态分 析及 稳 定性 分 析 ＮＳ Ｓ
赵 娜 ，李 军向 ，李成 良
（ 中材科技风 电叶片有限公 司，北京 １２ ０ ） ０ １１
摘要 ：以 １ Ｗ 水平轴风 力机 叶片为例 ， Ｍ 应用 Ａ Ｓ Ｓ有限元软件 ， ＮＹ 通过 Ａ Ｄ Ｐ Ｌ参数化语言 实现风 力机 叶片的有 限元 建模 。
叶片 的几何模 型 。
１ ２ 建 立有 限元模 型 ．
速发 展 ， 界上 不 少 国家 都 把 开发 利 用 风 能作 为一 世 项能 源政 策 。风 机 叶 片是 风 力 机 的关 键 部 件 之 一 ，
在单元类型的选择上， 根据叶片特点， 主要采用 ｓｅ １ ｓｅ ｈｌ 和 ｈｌ ９单元 ， ｌ ９ ｌ ９ 其中 ｓｅ １ ｈｌ 单元用于模拟 ｌ ９ 夹 芯结 构 。在 定 义材 料 性 能参 数 时 ， 主要 采 用 定 义
实常数 的方式 来 模 拟 材料 的性 能 、 铺层 角 和铺 层 厚
目 前大型风机叶片的材料主要是轻质高强 、 耐腐蚀
性好 、 具有 可设计 性 的复合材 料 ， 由于 叶片采 用 复合 材料铺 层设计 Ｊ结 构异 常复杂 ， ， 单纯 的经典 理论 解
基于Ansys的矿用局部通风机叶轮模态分析
基于Ansys的矿用局部通风机叶轮模态分析叶轮是矿用局部通风机的核心部件，其可靠性对设备的安全性和稳定性有重要影响。
文章创建了某矿用局部通风机叶轮的三维模型，并运用Ansys Workbench 平台对其进行模态分析，得到其前4阶固有频率和振型，为防止共振以及后续动态特性分析和优化设计提供理论依据。
标签：矿用局部通风机；叶轮；模态分析；Ansys Workbench1 概述轴流通风机是矿山生产的重要设备，向矿井输送新鲜空气，冲淡有害气体并排出粉尘。
轴流通风机一旦出现故障，轻则影响正常生产，重则引发瓦斯爆炸等安全事故。
因此，轴流通风机的安全性和稳定性对矿山安全生产十分重要。
通过对矿用局部通风机的事故调查发现，叶片断裂是发生事故的主要原因。
当叶轮的固有频率与激振频率相吻合时，叶轮处于共振状态，使得叶片发生断裂的概率大大增加。
因此，对叶轮的振动特性进行分析非常重要。
文章创建了一种矿用局部通风机叶轮的三维模型，并借助Ansys Workbench 平台，运用循环对称分析的方法，对其进行模态分析，得到其前4阶固有频率和振型，为防止共振以及后续动态特性分析和优化设计提供理论依据。
2 模型处理本矿用局部通风机叶轮由轮毂和14个叶片组成，轮毂外径为240mm，轮毂厚度为110mm，叶轮外径为400mm，安装角度为51.5°，叶片顶部弦长与列线夹角为33.1°，顶部弦长为101.1mm，根部弦长为127.3mm，通风机叶轮三维模型如图1所示。
文章针对通风机叶轮具有循环对称的特点，采用循环对称分析的方式对叶轮的一个基本循环扇区进行模态分析，进而得到整个叶轮模型的模态分析结果，并使计算量大幅降低。
在保留完整单个叶片模型的前提下，应用Pro/E软件将叶轮分解成均匀的十四份，从而得到基本循环扇区模型。
将基本循环扇区模型以.stp格式导入Ansys Workbench，并在Engineering Data中依据表1设置其工程数据。
基于ANSYS的风力发电机螺栓强度分析报告
基于ANSYS的大型风力发电机组高强度螺栓强度分析摘要：目前在风力发电机组的机械零部件开发过程中，除了轮毂、主轴、轴承座、机舱及塔架等大部件需要做完整的强度分析，他们之间的高强度螺栓设计也是其中十分重要的组成部分，其设计的是否合理将直接影响整个风力发电机组能否正常运行。
这些螺栓不仅要承受弯矩，还要承受扭矩，受力情况十分复杂。
采用一般材料力学的方法，无法进行较为精确的计算。
本文将结合ANSYS有限元分析软件和目前整个风电行业中通行的螺栓强度计算标准——VDI223中的计算方法来分析风力发电机组中高强度螺栓在极限工况下的强度和各疲劳工况下的疲劳寿命。
关键词：风力发电机组高强度螺栓有限元，VDI2230 极限强度疲劳寿命当前我国电产业的发展十分迅速，发展形势也十分良好，但由于很多企业基本都是通过引进国外技术来制造风力发电机组，并没有完全掌握开发风机发电机组的核心技术，这就给我国风电行业的发展埋了很多隐患。
因此十分有必要消化吸收设计技术，为自主研发这一分析方法除了在螺栓设计及优化时使用，由于其符合德国劳埃德（GL）认证规范，故可以普遍满足国内外各认证机构认证之需要。
ANSYS作为一种强大的有限元分析软件，已广泛应用于机械、电子、航空航天、汽车、船舶等各大领域，是现代设计中必不可少的分析工具。
本文将以1.5MW机组中主轴与轮毂之间的连接螺栓为例，比较系统的来阐述螺栓极限强度分析和疲劳强度。
目的是使通过这样一种方法的运用，可以运用到风力发电机组的任何部位的连接螺栓强度分析，使之满足设计要求，螺栓的设计是否合理，同样也关系到相关零部件的设计成本，因此设计合理的螺栓数量，不仅关系到螺栓本身，也涉及到相关零部件的成本。
一、主轴与轮毂连接螺栓结构图一是运达1.5MW双馈式风力发电机组传动系统结构示意图，1.1 螺栓部位结构描述该机组传动系统采用传统的三点支撑结构，主轴通过一个双列圆柱滚子轴承以及和齿箱输入轴通过胀套连接支撑，而整个风机头部的风轮与主轴之间就依靠360度一圈螺栓连接，其中还连接着风轮锁紧盘。
基于ANSYS10.0的大型风电叶片主梁的研究
基于ANSYS10.0的大型风电叶片主梁的研究本研究基于ANSYS10.0，对大型风电叶片主梁进行了研究。
叶片主梁是风电叶片的重要组成部分，负责承受风力的作用力，因此其设计和分析至关重要。
首先，本研究采用ANSYS10.0软件进行了有限元分析。
在建立有限元模型时，需要将叶片主梁进行网格划分，并设置边界条件。
本研究采用了四节点四边形单元进行网格化，以尽可能减小误差。
接着，本研究对叶片主梁进行了静态分析。
在该分析中，我们对叶片主梁在不同载荷下的应力分布进行了模拟和分析。
根据分析结果，我们可以看出，叶片主梁的应力主要集中在连接部分和中央区域。
因此，在设计和制造叶片主梁时，应注意这些区域的加强和抗压能力提升。
同时，本研究还进行了动态分析。
在分析时，我们对叶片主梁进行了模态分析和频率响应分析。
通过模态分析，我们可以确定叶片主梁的自然频率和振型，从而判断叶片主梁是否具有良好的结构稳定性。
而通过频率响应分析，则可以模拟叶片在风力作用下的响应特性，进一步优化叶片主梁的设计。
最后，本研究还对叶片主梁进行了疲劳分析。
在风力作用下，叶片主梁会受到反复加载，从而引起疲劳损伤。
因此，在设计和制造叶片主梁时，应考虑其抗疲劳能力。
通过疲劳分析，我们可以评估叶片主梁在不同工作条件下的疲劳寿命，并确定其是否满足使用要求。
综上所述，本研究基于ANSYS10.0对大型风电叶片主梁进行了全面研究，通过有限元分析、静态分析、动态分析和疲劳分析等手段，深入剖析了叶片主梁的力学特性，为叶片主梁的设计和制造提供了重要参考。
以下是与大型风电叶片主梁相关的一些数据，以及对这些数据的分析：1. 材料强度数据大型风电叶片主梁通常采用玻璃纤维增强聚酯复合材料制造。
该材料的拉伸强度为150MPa，弹性模量为25GPa。
分析：根据该材料的强度数据，我们可以看出，玻璃纤维增强聚酯复合材料具有较高的拉伸强度和弹性模量。
这些特性能够为叶片主梁的制造提供坚实的基础。
基于ANSYS 2.5MW风力发电机转子刚强度计算分析
图1 主轴分析计算简易图
图2 额定工况下主轴挠度图
可知，转子主轴挠度最大值在距离主轴端位置1约
0.056mm，小于感应电机许用挠度值
[y]=0.1δ=0.22（δ为定转子气隙值图3 额定工况下主轴综合变形图 图4 最高转速下主轴综合变形图
由图3、4可知，在额定工况下，转子主轴主要受弯矩和扭矩作用，其最大变形发生在非传动端主轴与铁芯定位台阶处，
0.12mm；在最高转速下，主轴主要受离心力作用，其最大变形发生在非传动端主轴风扇处，变形为0.06mm。
2.3 转子主轴强度有限元分析
图5 额定工况下主轴等效应力 图6 最高转速下主轴等效应力
由图5、6可知，在额定工况下，转子主要受弯矩和扭矩作用，其最大应力发生在传动端主轴最小轴颈处，其值为112.5Mpa，小于主轴材料的屈服强度295Mpa；在最高转速下，转子主轴主要受离心力作用，在转子铁芯转及线圈动惯量作用析计算可很能准确分析风力机主轴的强度，避免只用工程理论计算带来的烦琐、精度差、不能直观地看出受力薄弱位置等情[4]。
所以，使用有限元分析计算和解决工程中各类复杂结构件载荷变形情况非常有必要，且能够很好地解决工程理论计算。
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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
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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
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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
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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
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单个扇区应力分布
从上图可以清楚地得到叶轮上应力分布的情况
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叶轮位移分布
由上图可以看出在叶片外缘叶尖位移最大
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叶轮内表面位移分布
考查叶轮是否与旋转轴分离关心的是叶轮内表面的径向位移分 由上图可以看出径向最小位移为0.0217mm,径向最大位移 布，由上图可以看出径向最小位移为 径向最大位移 均比过盈量小， 为0.144mm,均比过盈量小，所以不发生脱离现象 均比过盈量小
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模型采用SOLID95单元进行划分 单元进行划分 模型采用 整个模型网格单元数为73055 整个模型网格单元数为
节点数为148048 节点数为
自由度数为444144 自由度数为
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叶轮的实体模型
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叶轮的有限元模型
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三、结果概况
考虑叶轮在试验转速下的静力计算， 考虑叶轮在试验转速下的静力计算，得到应力及位移分 布，分析在该转速下是否发生叶轮与转轴脱离的现象。 分析在该转速下是否发生叶轮与转轴脱离的现象。