基于ANSYS_LS-DYNA的叶片加工变形分析研究
基于ANSYS LS-DYNA模拟敲击声振法检测叶片脱层
基于ANSYS LS-DYNA模拟敲击声振法检测叶片脱层
孙梁;刘荣梅;姚恩涛
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2014(0)12
【摘要】脱层是风力叶片损伤的主要形式,若叶片内部有脱层,缺陷处的刚度会下降,在应用敲击声振法检测的时候,敲击应力持续时间将增加。
依据此理论,采用有限元
软件ANSYS中的动力学仿真模块LS-DYNA来模拟整个敲击过程。
得出敲击有脱层与无脱层试件表面,应力持续时间不同;并且随着脱层深度变大,应力持续时间将减小,当深度达到一定值时,应力持续时间基本不发生改变且接近于敲击无缺陷处,从而得出脱层可被测得的最大深度。
最后将结果与实验进行对比,验证了模拟的可行性。
【总页数】5页(P65-68)
【关键词】脱层;声振法;应力持续时间;动力学仿真
【作者】孙梁;刘荣梅;姚恩涛
【作者单位】南京航空航天大学航空宇航学院;南京航空航天大学自动化学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.7;TP391.9
【相关文献】
1.基于ANSYS/LS-DYNA的码头基桩完整性检测的数值模拟和方法研究 [J], 季勇志;王元战
2.基于ANSYS/LS-DYNA的互层煤岩爆破数值模拟 [J], 冯辉;张华栋
3.基于敲击声振法的风机叶片脱层检测系统设计 [J], 陶鹏;赵一中;姚恩涛;石玉
4.基于敲击声振法检测叶片脱层的优化设计 [J], 孙梁;刘荣梅
5.基于ANSYS/LS-DYNA的PHC-钢管组合桩高应变检测数值模拟研究 [J], 高涛; 张金刚; 吴峰
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基于ANSYS的叶片模态分析与创新设计
基于ANSYS的叶片模态分析与创新设计ANSYS是流体、结构、电磁等多物理场仿真分析的领导者，叶片模态分析是ANSYS在燃气轮机和风力发电领域的热点应用之一。
本文将从ANSYS叶片模态分析的基本流程，分析结果的意义以及基于模态分析的叶片创新设计加以介绍。
ANSYS叶片模态分析的基本流程主要包括建模、网格划分、边界条件定义、材料参数设定、求解器选择和结果分析。
在建模时，可以选择不同的叶片结构，如单普通叶片、单普通叶片带平台、双蒸汽冷却叶片等。
在网格划分时，要考虑叶片的形状、大小、复杂程度等因素，以保证计算效率和结果精度。
边界条件包括入口流量、出口压力等，根据不同的模拟场景选取。
在确定材料参数时，需要考虑材料弹性模量、材料密度、材料损伤参数等因素。
求解器选择应根据具体情况选取，如静态应力求解器、压缩流求解器等。
结果分析主要是对计算结果进行后处理，查看叶片的振动频率、振型、动态应力等信息，以确定叶片的任意振型和自由振动频率等数据。
叶片模态分析的结果对叶片的设计、优化和制造具有重要意义。
其中，叶片振动频率和振型是判定叶片的动态性能和稳定性的关键指标，可以直接影响叶片的寿命和可靠性。
动态应力分析可以判断叶片在工作过程中的应力强度和疲劳寿命等参数。
基于叶片模态分析进行的叶片创新设计，主要包括改变叶片几何形状、采用新型材料、改变叶片结构等方面。
比如，可以采用钛合金、高温合金等材料来提高叶片的抗热性能；可以在叶片上加装定位孔来提高抗振性能；可以增加叶片弯曲度、消声器等措施来改善叶片气动损失和减小噪音等。
总之，基于ANSYS的叶片模态分析是在叶片设计、制造和优化过程中不可或缺的工具，它可以帮助工程师查明叶片的动态性能和稳定性，辅助进行叶片的推进优化和改进。
未来，在燃气轮机和风力发电领域的应用前景广阔。
为了阐述相关数据的分析，本文以2021年中国6月份统计局公布的国民经济运行数据为例进行分析。
涉及到GDP、CPI、PPI、PMI、利率等数据。
基于ANSYS的车辆液力缓速器叶片强度分析及模态分析
4 所示. 最大变形量为 0. 365 501 mm , 发生在叶
片中心偏向外环处 ,最大等效应力为 378 M Pa ,出
现在靠近流道外环的叶片根部. 为便于详细观察
转子叶片表面沿旋转半径方向的变形量及等效应
力的变化 ,在叶片工作面外端选取一轨迹线如图
图 3 有限元模型的结构变形
图 4 有限元模型的等效应力分布
[ 2 ] 刘应诚 ,邵万珍. 车用液力减速 (制动) 器 [J ] . 现代零 部件 ,2005 (223) :122.
[ 3 ] 杨凯华 ,郑慕桥 ,阎清东 ,等. 车辆传动中液力缓速器 的技术发展[J ] . 工程机械 ,2001 ,32 (6) :123.
[ 4 ] 王 峰 ,阎清东 ,乔建刚. 液力缓速器制动性能的计 算方法[J ] . 起重与运输机械 ,2006 (5) :224.
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武汉理工大学学报 (交通科学与工程版)
2010 年 第 34 卷
态分析各阶振型的固有频率 ,从而在工作状态下 能够避免共振的发生.
2) 对有限元模型施加载荷时 ,近似模拟叶片 上的液压载荷为沿旋转半径方向的线性分布 ,而 真实情况下 ,考虑到油液的粘性 、油液与壁面的边 界层的处理 、工作腔内空气气流的影响以及油液 在叶片非压力面形成的背压等因素的影响[6] ,液 体总压在叶片压力面上的分布是无规律可循的 , 所以有限元模型的仿真载荷与真实情况还存在一 定的误差 ,需要更加精确的载荷定位.
4 结 论
图 7 轨迹线节点上的等效应力
基于ANSYS的叶片泵有限元分析
在现代工程设计中通过有限元分析，工程师能够得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的 分析，从而可以解决很多实际工程中需要解决而理论分析又无法解决地复杂问题。本文笔者介绍了使用 ANSYS软件进行叶片泵有限元分析的完整过程，这为叶片泵的优化设计提供了依据。
基于ANSYS的叶片泵有限元分析
在液压传动与控制中使用最多的液压泵主要有齿 轮泵、叶片泵和柱塞泵三中类型。其中叶片泵是在近代 液压技术发展史上最早的一种液压泵。它与齿轮泵、柱 塞泵相比，叶片泵具有尺寸小、重量轻、流量均匀、噪 声低的突出优点。在各类液压泵中，叶片泵输出单位的 液压功率所需的重量几乎是最轻的。由于其结构比较简 单，价格也比柱塞泵低，而且也可以和齿轮泵相竞争。 与此同时，将叶片泵的噪声控制在65~68dB(A)以下的低 噪声水平是完全可能的，甚至可以更低。这也是齿轮泵 和柱塞泵所无法比拟的，但它也仍存在着结构复杂、吸 油能力差、对油液污染敏感等缺点。
栏目主持：黎艳 本文索引号：128 投稿信箱：liy@
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二、叶片泵的特性与工作原理
叶片泵的性能主要通过流量（或排量）、压力、 转速、驱动扭矩、效率、吸入性能等特性参数来表 示。此外，自上个世纪60年代以来，随着叶片泵向着 高压、高转速方面发展，噪声和使用寿命也成了衡量 叶片泵性能的重要指标。
叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵，本文 笔者仅对双作用叶片泵进行有限元分析。双作用叶片 泵的工作原理如图1所示，转子10和定子9是同心的，
此外，对叶片泵泵体进行模态分析，从其模态变 形相对位移云图和相对位移应力图（图略）上可以看 出， 当激振力频率从4.209 Hz增加到5.728 Hz时，发 生的最大形变逐渐增加，激振力频率再增加到7.341Hz 时，发生的最大形变急剧下降。因此笔者可以确定， 共振发生在频率为5.728Hz附近，也就是说此叶片泵 的固有频率在5.728Hz附近，所以我们要避开这个频 率或者最大限度地减小对这个频率的激励，从而消除 过度振动和噪音，减少变形，以达到提高叶片泵使用 寿命的目的。
使用LS-DYNA 对叶片包容性的初步研究
使用LS-DYNA对叶片包容性的初步研究于亚彬陈伟南京航空航天大学能源与动力学院，210016[ 摘要 ] 航空燃气轮机转子转速非常高（高达70000r/min），如果转子上的零件在工作中意外脱落，就会在巨大的离心力作用下，以巨大的能量甩出来，因此，为避免发生危险，转子叶片的包容性不容忽视。
本文使用有限元程序LS-DYNA对叶片的包容性进行了初步研究。
[ 关键词 ] 叶片包容 LS-DYNAElementary Study Of Blade Containment By LS-DYNAYu YabinCollege of Energy and Power EngineeringNanjng University of Aeronautics and Astronautics，210016Chen WeiCollege of Energy and Power EngineeringNanjng University of Aeronautics and Astronautics，210016[ Abstract ] Aero-turbine engine rotor have very high spin speed( be up to a 70000 rs/ min) ,if during work parts of rotor suddenly shed out,that parts of rotor shed out with the enormous energydue to enormously centrifugal force.Therefor, for avoiding dangerous, rotor bladecontainment no to neglect.In this paper elementary studied blade containment byLS-DYNA.[ Keyword ] Blade Containment; LS-DYNAANSYS程序中的超单元应用杜文军范志强中国燃气涡轮研究院，成都 610500[ 摘要 ] 本文采用ANSYS程序，利用超单元对某发动机涡轮后排气机匣进行了强度分析。
基于ANSYS的叶片模态分析与创新设计
2 1传统叶片结构 如图 3所示, 传统叶片
结构简单, 制造加工方便, 此 外与叶片装配的定子结构也 简单, 装配简便, 应用中装配 图效果如图 1所示。但缺点 是叶片顶部与定子为滑动磨 擦, 接触面的受力性能较差,
基金项目: 浙江工商职业技术学院科研项目基金资助 (KYB0812)。 作者简介: 黄仕彪 (1979- ), 男, 福建龙岩人, 浙江工商职业技术学院工学院讲师, 硕士, 研究方向: 机电液技术、CAE, 发表论文 4篇。 收稿日期: 2010- 10- 13
K ey words: vane; ANSY S; moda l ana lysis; noise reduction
0 前言
在液压传动技术领域, 叶片泵是目前工业使用较多的液 压泵, 衡量叶片泵性能的重要指标主要是泵的振动和噪声高 低问题。近年来, 国内外的高校、科研院所在叶片泵降噪方面 的进行了大量的研究, 取得了一定的成果。随着叶片泵向高 压、高转速方向发展, 国产的叶片泵运转长时间运行后的噪声 和振动问题依然突出, 一直没有很好地解决, 振动和噪声导致 大量的能量损耗, 降低了液压系统效率。
50
现代机械 2010年第 6期
基于 ANSYS的叶片模态分与创新设计*
黄仕彪
(浙江工商职业技术学院 工学院, 浙江 宁波 315012)
摘要: 本文提出新型叶片结构, 使叶片与定子由传统的滑动磨擦改变为滚动磨擦, 有效减小叶片磨损。利用有限元软件 AN SYS 的模态分析技术, 通过对叶片结构进行优化设计可以得到合理结构的新型叶片, 达到节能降噪的目的。 关键词: 叶片 ANSY S 模态分析 降噪 中图分类号: TB123 文献标识码: A 文章编号: 1002- 6886( 2010) 06- 0050- 03
基于ANSYS的汽轮机扭曲叶片模态分析
图２～７显示了选取的第一、四和六阶振型图 及与其对应的应力图。
图１某型汽轮机高压缸体第八级叶片有限元模型 １．５边界条件和求解方法
在以往的叶片振动特性有限元计算中，曾忽略 叶根部分，约束叶型底部节点自由度或在叶根部位 选取振动截面。这些做法与实际叶根的约束状况 存在差异，难以得到准确结果。现根据叶根的实际 约束，在Ｔ型叶根前后表面采用周向约束，与轮缘 接触处的左右表面采用轴向约束，与轮缘接触处的 径向表面采用径向约束。在ＡＮＳＹＳ软件中，选取 模态分析中的子空间，主自由度由程序自动选择， 进行模态分析和模态扩展分析，得到了该叶片前六 阶的自振频率和振型及各振型下的应力。
ｃｉｅｓ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｄｅ—
ｓｔｅａｍ ｓｉｇｎ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｓａｆｅｎｅｓｓ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ
摘要：为分析汽轮机叶片振动特性，建立某型汽轮机叶片的实体模型，利用ＡＮＳＹＳ结构分析模块进行
模态分析，得到叶片的前六阶固有频率和相应的振型，进行模态扩展分析，得到各阶应力，为该叶片的设计优
化和振动安全性检验提供数值依据。
关键词：汽轮机叶片；有限元；模态分析
中图分类号：Ｕ６６４．１１３；ＴＰ３９
文献标志码：Ａ
Ｅ７－１黄名海，宋华芬．ＵＧ平台下涡轮叶片曲面造型的一 个处理技巧［Ｊ］．现代制造工程，２００７，（１）：３６—３７．
Ｍｏｄａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｂｌａｄｅ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｎｓｙｓ
基于Ansys_Ls_Dyna的模锻成形研究
第26卷 第5期 邢 台 职 业 技 术 学 院 学 报 V ol.26 No.5 2009年10月 Journal of Xingtai Polytechnic College Oct. 2009———————————— 收稿日期：2009—05—05作者简介：赵玉清（1974—），河北邢台人，邢台职业技术学院机电工程系，讲师。
基于Ansys/Ls–Dyna 的模锻成形研究赵玉清(邢台职业技术学院 机电工程系，河北 邢台 054035)摘 要：模锻成形是金属零件的常见成形方法，从设计锻模到试制过程往往需要花费许多时间；本文采用显式动力学有限元软件Ansys/Ls-Dyna 对一个模锻加工成形过程进行计算机仿真，分析影响模锻件成形的因素，在设计过程中，通过在计算机上改变参数进行模拟，即可得到比较理想的模具形状和锻件的基本尺寸，对实际的设计制造具有指导作用。
关键词：显式动力学；塑性成形；模具；仿真中图分类号：TG316 文献标识码：A 文章编号：1008—6129（2009）05—0072—04模锻成形是机械制造中最常见的成形方法，它不但可以节约金属、减少机械加工余量和工时，而且还能进一步改善机械零件的力学性能，提高产品质量和劳动生产率。
[1]但设计模具和工件尺寸却需要花费大量时间，因为锻造成形受到了很多因素的影响，如挤压速度的大小、模具的形状、金属的化学成分、组织结构和机构性能、工作温度、润滑情况、变形过程中的金属流动等，要考虑的因素很多。
因此，在锻模设计过程中往往都带有经验性的，不能像常规机械设计那样进行比较精确的设计计算。
在一套较大型的模具设计、制造过程中，从设计到实际试模，可能要花费几万元的试验费用，若试制不成功会造成很大的浪费。
本文通过显式动力学的有限元仿真程序Ansys/Ls-Dyna ，真实地模拟了金属模锻的加工过程，可为锻模的设计和试模提供帮助。
有限元仿真技术是金属锻造成形中比较前沿、先进的课题之一，成熟的仿真技术具有很强的经济性和柔性，可以有效降低企业的设计和生产成本，并获取许多常规试验手段无法测得的数据，从而大大增加新产品的研发能力和企业的市场竞争力。
基于ANSYS_LS_DYNA的叶片加工变形分析研究
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
参考文献
1 余强， 郑慕侨.汽车悬架控制技术的发展 ［J］ .汽车技术， 1994 （9 ） :1~6 2 夏长高， 李磊.多连杆式悬架运动特性分析与结构参数优化 ［J］ .拖拉机与 农用运输车， 2007， 34 （6 ） :39~42 宋传学等.多连杆悬架与双横臂悬架运动学和弹性运动学特性 3 杨树凯， 分析 ［J］ .汽车技术， 2006 （12 ） :5~8
进入前 处理器 定义单 元类型 定义材 料属性 从 Pro/E 导 入实体模型 约束和初速 度定义 加载载荷和 边界条件 设置时间等 求解控制参 定义输出控 制条件 生成和修改 K 文件 输出应力应 变、 位移等 观察变形和 应力状态 进入的处理 程 lspropost 进入求解器 求解
的材料 Nickel alloy，该材料是材料库中双线性各向同性的典型 屈服强度 材料， 其密度为 8490kg/m3 , 弹性模量 EX 为 180GPa， yield stress 是 0.9GPa, 切线模量 （Tangene stress ） 是 0.445GPa， 泊 松比 0.31； 刀具材料选择碳化钨硬质合金， 在前面的假设中， 将 ） ， 其材 铣刀假设为不变形体， 所以选择刚体材料 （Rigid material 泊松比 0.12， 弹性模量 EX 为 料的主要参数是密度 17000kg/m3、 207GPa[5]。
分析研究， 认为采用这种方法分析加工变形得到的结果与实际很 接近， 是确实可行的。航空发动机的涡轮叶片是发动机关键部件 之一， 在高温高速工作条件下， 热膨胀伸长和湍流震动以及外封 严环上的燃灰沉积等原因均会引起叶片与封严环的接触磨损， 从 而导致叶片叶尖磨短。为提高叶片的使用寿命， 可以对磨损的叶 但是， 由于叶片材料 片进行激光熔覆加长， 再通过数控加工修复。 是难加工材料， 修复过程中容易因为让刀而使修复难以达到精度 要求。通过有限元分析求出加工变形并进行刀具补偿， 可提高叶 片的修复精度。 自 20 世纪 70 年代 Klamecki 采用有限元技术研究金属切 削加工过程以来， 国内外的研究者已经开发了许多切削加工有限 元模型。但前期的有限元模型大多为二维直角切削模型， 尽管也
005_应用ANSYS WORKBENCH完成翼型叶片的设计及优化
应用ANSYS Workbench完成翼型叶片的设计及优化[李琼][华侨大学，361021][ 摘要] 本文介绍利用ANSYS Workben产品，对风扇叶片进行设计和效率优化，并分析其相比传统设计方法的优势。
该设计过程使用了该平台提供的Bladegen , Turbogrid, CFX, AnsysMechanical模块分别进行了叶片设计，网格划分，流体分析以及结构分析。
基于该平台的工具集成仿真环境，使得上述各个模块间的数据传递很容易实现；并且在任一数据被修改后，相应的模型和分析结果可以很方便地被更新，因而整个设计分析过程和传统方法相比极为简便，高效，并且能避免许多人为失误。
[ 关键词]叶片设计，空气动力学分析，流固耦合分析，效率优化Airfoil blade design with ANSYS Workbench[Qiong Li][Huaqiao University, 361021][ Abstract ] The process for airfoil blade design and efficiency optimization by using ANSYS Workbench is presented. Bladegen, Turbogrid, CFX and ANSYS mechanical are applied for blade shapedesign, meshing, aero dynamic analysis and structural analysis respectively. The designand optimization process is greatly simplified as well as the reliability is ensured with theadvantage of the workbench’s compatible simulation environment.[ Keyword ] aero dynamics, efficiency optimization, solid-fluid analysis1前言(背景介绍)为了降低使用成本，提高产品竞争力，风扇类产品的设计除了要使其满足特定工况，如流量，压升，强度等，还要通过优化使其效率最大化。
【豆丁-热门】-基于ANSYS的风力机风轮叶片动力学特性研究
基于ANSY S 的风力机风轮叶片动力学特性研究Ξ陈荣盛,张礼达,王 旭,张彦南(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039)摘 要∶针对20kW 风力机的风轮叶片,采用ANSY S 软件进行有限元分析,得到了风力机风轮叶片上不同阶次的振动频率,为风力机运行参数提供了安全方面的理论基础。
关键词∶风力机;风轮叶片;有限元;振动频率中图分类号∶TK 83 文献标识码∶A 文章编号∶1006-3951(2009)06-0028-03The ANSYS -based Study of Dynamic Characteristics of aWind -pow er Machine ’s Wind Wheel B ladeCHE N R ong -sheng ,ZH ANGLi -da ,W ANG Xu ,ZH ANG Y an -nan(Institute of Energy and Environment X ihua University ,Chengdu 610039,Sichuan ,China )Abstract :The ANSY S s oftware was used to make finite element analysis of a 20kW wind -power machine ’s wind wheel blade and vibration frequencies of the wind wheel blade at various levels have been obtained ,thus providing theoretical basis for operation parameters of wind -power machines in terms of safety.K ey w ords :wind -power machine ;wind wheel blade ;finite element ;vibration frequency0 引言风能是空气流动所产生的动能,是一种取之不尽、无任何污染的可再生能源。
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的风电机组叶片动态响应分析与优化设计
基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计风电机组是目前广泛应用于清洁能源领域的一种发电设备，其核心部件之一是叶片。
叶片的设计与优化对于提高风电机组的发电效率、减少结构疲劳损伤具有重要意义。
本文将基于ANSYS软件，对风电机组叶片的动态响应进行分析，并提出优化设计方法。
一、叶片动态响应分析叶片在工作过程中会受到风力的作用而发生弯曲和振动，因此需要进行动态响应分析。
首先，我们需要建立叶片的有限元模型。
通过ANSYS的建模工具，可以将叶片的几何形状进行三维建模，并使用适当的材料属性对叶片进行参数化描述。
在建立有限元模型后，我们需要给予风电机组施加载荷。
根据风力的特性和叶片的运行条件，可以采用风力加载模块对叶片进行施加风载。
该模块可以模拟风力的作用，计算叶片所受的风载大小和方向，并将其作为载荷输入到有限元模型中。
接下来，通过ANSYS的动态分析功能，对叶片的振动响应进行计算。
动态分析将考虑材料的刚度、阻尼和质量等因素，得出叶片在不同工况下的振动情况。
通过分析叶片的振动频率和振型，可以评估叶片的结构是否合理，是否存在共振问题。
二、叶片优化设计在进行叶片的优化设计时，我们可以通过ANSYS的参数化设计功能来实现。
首先，我们需要确定需要优化的设计变量，如叶片的几何参数、材料参数等。
然后，通过定义参数和参数范围，可以使得ANSYS自动地进行参数组合和计算。
通过进行多次模拟计算和优化迭代，可以得到不同设计变量组合下的叶片性能。
根据设定的优化目标，如最小化叶片的振动响应或最大化叶片的发电效率，可以选取最优的设计变量组合作为最终的优化设计方案。
另外，对于叶片的优化设计，还可以考虑使用拓扑优化方法。
拓扑优化可以根据预设的约束条件和目标函数，在给定的设计空间内调整叶片的材料分布，使得叶片的结构更加均衡和优化。
通过结合拓扑优化和动态响应分析，可以得到更加高效和可靠的叶片设计方案。
三、实例分析与展望通过基于ANSYS的风电机组叶片动态响应分析与优化设计方法，可以有效地评估叶片的结构性能，并提供优化建议。
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]。
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ANSYS10_0的大型风电叶片主梁的研究
2.2 叶片的有限元分析 （1）静态分析 在进行叶片静态分析时， 叶片根部采用固定
约束，风载作用于叶片表面，同时还要考虑叶片的 自重。 经过分析计算，叶片的变形和应力云图见图 2。 从图 2 可以看到，叶片最大变形发生在叶尖，最 大应力出现在叶根， 分别为 2 217 mm 和 336.291 MPa；叶片的前几阶固有频率是比较低的。
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6.687 4
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20 ° 0.402 3 1.189 5 1.650 6 3.681 5 5.088 0 6.728 0 7.690 8 10.20 6
本文采用 ANSYS 结构分析软件的复合材料 分析模块，对风力机叶片进行有限元静态及模态 分析[5]。 叶片的有限元模型是直接在 ANSYS 中建 立的， 由于蒙皮的厚度从叶根到叶尖逐渐减小， 在叶 根 处 最 大 达 到 40 mm， 在 叶 尖 处 最 小 为 22 mm，因此，将模型划分为 10 段，每一段的网格剖 分 都 采 用 对 称 铺 设 的 复 合 材 料 壳 单 元 SHELLl81，但定义不同的铺设层和铺设角。 主梁的总 厚 度 为 30 mm，腹 板 的 总 厚 度 为 40 mm， 而 且 从 叶根到叶尖其厚度保持不变。 整 个 风 力 机 叶 片 有 限 元 模 型 节 点 总 数 为 3 768 ， 单 元 总 数 为 3 682（图 1）。
称铺设的复合材料层合板。 复合材料层合板的铺 设厚度和角度对叶片的应力、变形和固有频率都 有一定的影响。 3.1 主梁复合材料铺设角对叶片应力、 变形和固 有频率的影响
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。
风力机叶片及翼型变形分析
风力机叶片及翼型变形分析邓勇;钟铭;刘乐;陈严;罗振【摘要】在以往有关风力机叶片变形的研究中,主要关注挥舞、扭转变形.但事实上,由翼型自身的柔性变形所引起的翼型弯度、厚度变化对气动性能也有较大的影响.文章以NERL某5 MW风力机为例,利用Bladed软件计算风力机叶片载荷,并将载荷通过MPC多点约束的方式加载到ANSYS有限元模型中,研究柔性叶片翼型截面的变形情况.研究表明,翼型横截面扭转变形不是整体的挥舞、扭转变形,从腹板到尾缘段的扭转幅度比腹板到前缘段的幅度要大,翼型截面自身也会发生形变进而影响叶片的气动性能.%In previous studies on blade deformation of wind turbines,generally only focus on waving,torsional deformation.But in fact,the airfoil curvature,thickness changes caused by flexible deformation of the airfoil itself also have a great impact on the aerodynamic performance.In this paper,a 5 MW wind turbine of NERL is used as an example to calculate the blade load of wind turbine using Bladed software and then the load is loaded into the ANSYS finite element model by MPC multi-point constraint to study the deformation of the flexible blade airfoil section.It is shown that the torsional deformation of airfoil cross section is not the whole waving and torsional deformation.In fact,the amplitude of torsion from the web to the trailing edge is larger than that from the web to the leading edge.The deformation of the airfoil section itself will also affect the aerodynamic performance of blades.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2017(035)005【总页数】6页(P765-770)【关键词】柔性叶片;变形分析;气动载荷;ANSYS建模【作者】邓勇;钟铭;刘乐;陈严;罗振【作者单位】国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京211106;汕头大学能源研究所,广东汕头515063;汕头大学能源研究所,广东汕头515063;汕头大学能源研究所,广东汕头515063;汕头大学能源研究所,广东汕头515063;国电南瑞科技股份有限公司,江苏南京211106【正文语种】中文【中图分类】TK83风力发电已得到了广泛应用，其中叶片是风力机的核心部件。
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（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０００６，Ｃｈｉｎａ） 埔！／；＼！，＝堪／；世，；、！，＝ｑ，玉Ｂ；也＾ＮＰ玉｝言吧矗也‘＾｝７坩—！省ｅ，；、！疗占‘＼．‘｝冉分ｅ５ｖ，≯＾‘＼．矗吧—Ｎ，玉参苗迂／；、！，；吧／；、！／；、！／；、．—Ｎ，争５乍吧‘Ｎｙ；、５言也／；、！／；、！，；、！／；、．，；、！ 【摘要】针对飞机发动机叶片顶端修复过程中容易产生弹塑性变形而出现让刀，影响修复加工精度
关键词：ＬＳ—ＤＹＮＡ；加工变形；有限元分析；叶片
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｂｌａｄｅ ｒｅｐａｉｒｉｎｇ，ｔｈｅ ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ｔＯ，ｗｉｌｌ ｈａｐｐｅｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｉｃｈ ｗｉｌｌ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｒｅｐａｉｒ ｏｃｃｕｒａｃｙ．１ｔ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ａ ＬＳ－ＤＹＮＡ ｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄｆｏｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．ｗｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅ ａｎｄ ｍｉｌｌｉｎｇ ｔｏｏｌ ａｎｄ ｐｅ咖舰ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｂｌａｄｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ＬＳ－ＤＹＮＡ Ｋ－ｆｉｌｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｈ ｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｍ—
目前岱一ＤＹＮＡ程序提供超过１４０种材料构成关系式１４１，包 含刚体、弹性体、弹翅性体等，使用者根据问题分析的需要选用 合适的单元形式和材料模型。本文在定义材料模型时，叶片材料 为镍基高温合金，可以直接使用ＩＳ—ＤＹＮＡ材料库中本身自带
的材料Ｎｉｃｋｅｌ ａｌｌｏｙ，该材料是材料库中双线性各向同性的典型 材料，其密度为８４９０ｋｇ／ｍ３，弹性模量Ｅｘ为１８０ＧＰａ，屈服强度 ｙｉｅｌｄ ｓｔｒｅｓｓ是０．９ＧＰａ，切线模量（Ｔａｎｇｅｎｅ ｓｔｒｅｓｓ）是０．４４５ＧＰａ，泊 松比０．３１；刀具材料选择碳化钨硬质合金，在前面的假设中，将 铣刀假设为不变形体，所以选择刚体材料（Ｒｉｇｉｄ ｍａｔｅｒｉａｌ），其材 料的主要参数是密度１７０００ｋｇ／ｍ３、泊松比０。１２，弹性模量Ｅｘ为
进入前
工处理器
约束和初速、．／加载载倚和、 ／输出应力应 度定义 ／’＼边界条件／ ＼变、位移等
定义单
工元类型
接触设置
设置时间等、 ，，观察变形和 求解控制参／ ＼应力状态
定义材 料属性
生胁ＲＴ）（定蔷翼舻）（豁器慧
（燮Ｈ篓）（．望Ｋ笠竺Ｈ兰鲎！） ＼入实体模型／ ＼、网格划分／ ＼、 文件／ ＼ 求解 ／
３．６加载、约束和边界条件设定 为了能正确地模拟结构的响应．就必须定义与指定时间间
隔相对应的载荷，与许多隐式分析不同的是，显示分析中的所有 载荷必须与时间有关。基于上述原因，在ＡＮＳＹＳ／ＩＳ－ＤＹＮＡ中用
万方数据
Ｎｏ．１０
Ｏｃｔ．２０１０
机械设计与制造
１０３
一对数组参数定义载荷，加工有限元分析的载荷包括加工中的进 给速度、切削速度和走刀的路径等，其中还包括初始速度的加载。 整个加载过程包括以下步骤：
４洪嘉振．计算多体系统动力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，１９９９ ５秦洪武，刘军．多连杆式前悬架的转向定位参数仿真计算研究［Ｊ］机械设
计与研究，２００２，１８（３）：１９－２１ ６宋传学，蔡章．基于ＡＤＡＭｓ，ＣＡＲ的双横臂独立悬架建模与仿真［Ｊ］者林
大学学报，２００４．３４（４）：５５和５５８ ７吴庆鸣，梅华锋等．基于ＡＤＡＭＳ的连杆机构多体动力学仿真研究［Ｊ］工
（１）建立数组参数。 （２）定义约束，主要是将夹具的装夹位置定义为约束 （ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ），以节点的形式加载。 （３）定义初速度。 （４）利用第一步的数组参数定义并加载进给速度、铣刀位移 （走刀路线）等载荷曲线。此处必须注意，刀具的位移应以走刀轨 迹在工作坐标系中的实际坐标来定义，其实物理意义是走刀轨迹 的各个时刻的坐标点，分ｘ、Ｙ，ｚ三个方向分别定义并加载。 ３７设置输出类型和时间间隔、输出Ｋ文件并修改Ｋ文件 Ｋ文件是Ｉ．Ｓ－ＤＹＮＡ进行分析处理必不可少的文件。不论使 用哪种前处理器处理ＬＳ－－ＤＹＮＡ的有限元建模，最终都是转化为 Ｋ文件形式。加工分析中，为了对比不同切削用量下所产生的加 工变形和受力情况，可以直接对Ｋ文件进行修改以达到修改加 工参数的目的。 ３．８进入ＬＳ—ＤＹＮＡ主程序进行求解 （１）启动Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ ＡＮＳＹＳ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ对话框，在Ｌａｕｎｃｈ页的 Ｓｉｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｏｍｍｅｎｔ下拉框中选择ＬＳ—ＤＹＮＡ Ｓｌｏｖｅ，并在 Ａｎｆｌｙｓｉｓ Ｔｙｐｅ下面的单选按钮中选择Ｔｙｐｉｃａｌ ＬＳ—ＤＹＮＡ
图１ ＬＳ－ＤＹＮＡ有限元分析流程图
２对仿真铣削系统进行简化和假设
由于切削加工过程复杂，切削区内包含着弹、塑性和断裂的 变形，切削过程中加工件的内应力不断变化，温度、摩擦都有影响。 诸因素使得机床夹具、刀具与加工件之间形成了—个复杂的动力 学系统，为了使得仿真准确反映切削过程，进行如下必要假设雹
（１）加工工件材料为双线性各向同性材料。 （２）铣削过程中铣削刃足够锋利，无论切削多薄均可完整， 将铣刀假设为刚体。 （３）由于加工件是镍合金件，属于难加工件，对刀具磨损的 影响较大，但在分析中假设刀具不存在磨损。 （４）刀具在铣削时同时具有多轴的旋转，铣削刃做三维复杂 运动，这样对仿真过程中刀具速度的加载比较复杂和困难，所以 假设铣刀只绕轴线旋转。
斗蚧！‘、！／．！／叠！／；！＾岍％＼．／叠＾７Ｍ，：冉蕾！‘！‘、！／．“、！／·忻、“ｑ，｝ｏ‘、ｅ巧、！／斗∽忉吧／斗５０吧＾＾｝ｏ蚺惭、！‘、％、！‘Ｎ，｝＾，＝ｑ，≯ｏ‘Ｎ’Ｔ、！“ 中图分类号：ＴＨｌ６文献标识码：Ａ
１引言
金属切削加工过程是一个非常复杂的过程，它不仅涉及切 削速度、进给速度和切削深度等切削用量，同时还与材料的性能、 刀具的几何角度有很大的关系。加工变形是加工中由于切削力作 用而使工件产生的弹迥性变形，使工件产生让刀现象。加工变形 将直接影响到零件的加工精度，对于高精度的零件，细小的变形 往往使得零件报废，特别是难加工材料组成的薄壁零件加工更是 如此，很多的航空结构件就属于难加工的精密零件，加工精度受 加工变形的影响很大。如果加工中能预知加工所产生的变形，在 编写数控加工程序时通过输入相应的刀偏量，便可以大大提高零 件的加工精度。本文从有限元的角度对零件加工中的变形进行了
在完成儿何模型建立后必须进行网格化的处理。网格化处理 是—件相当重要的工作，因为网格化的结果会直接影响分析的计 算时间以及分析结果的精确度。由于金属切削是属于高度非线性 的问题，在利用有限元分析此问题时，所耗费的计算机计算时间比 —般的问题都长，虽然较粗糙的｝明格化处理可以有效地降低分析 计算的时间，但是分析结果的精确度却相对地降低许多。为了在节 省计算机计算时间与增加分析结果的准确度之间找出平衡点，在 不影响分析结果以及不重要的几何位置，最好使用较粗糙的网格 密度，如切削刀具几何模型使用较粗糙的网格密度，而工件部分使 用较细密的网格密度。如图２所示，网格化的叶片及铣刀。
【ａ）
【ｂＪ
图２网格化叶片及铣刀
３．４定义ＰＡＲＴ 合理地定义ＰＡＲＴ集，是由怎样方便施加载荷、约束、边界
条件和接触等来决定的，本文在研究中将叶片和铣刀均设置成
ＰＡＲＴ。
３．５接触的定义 接触的定义是整个分析过程中最关键的一步，它不仅需要
定义接触的类型，更重要的是要设置接触的参数，这些参数是仿 真分析是否成功的关键，切屑的分离、加工中切削力的大小及加 工变形的大小都与这些参数有关，这砦参数主要是与摩擦有关的 参数，如静摩擦系数、动摩擦系数、接触刚度、定义接触的杀死和 激活时间等。
分析研究，认为采用这种方法分析加工变形得到的结果与实际很 接近，是确实可行的。航空发动机的涡轮叶片是发动机关键部件 之一，在高温高速Ｔ作条件下，热膨胀伸长和湍流震动以及外封 严环上的燃厌沉积等原因均会引起叶片与封严环的接触磨损，从 而导致叶片叶尖磨短。为提高叶片的使用寿命，可以对磨损的叶 片进行激光熔覆加长，再通过数控加工修复。但是，由于叶片材料 是难加工材料，修复过程中容易因为让刀而使修复难以达到精度 要求。通过有限元分析求出加工变形并进行刀具补偿，可提高叶 片的修复精度。
程设计学报，２００５，１２（６）：３４４－３４７
万方数据
１０２
陈远权等：基于ＡＮＳＹＳＦＬＳ—ＤＹＮＡ的叶片加工变形分析研究
第１０期
有一部分三维有限元模型，但对大变形中的材料本构关系、高速 切削过程中切屑断裂机制等涉及有限元模拟的关键技术研究仍 不深入，且这些研究都是为了研究加工中某一方面的影响因素而 特别构建的有限元模型，与实际加工中的模型有一定距离。本文 的研究主要从实际加工的角度出发，所用的有限元模型与实际加 工的零件的模型完全一致，所用的软件是通用有限元分析软件 ＡＮｓＹ鲫ｓ－ＤＹＮＡ，ＫＳ－ＤＹＮＡ的显式算法能快速求解瞬时大变形 动力学、大变形和多重非线性准静态问题以及复杂的接触碰撞问 题。通过建立镍基高温合金材料的某飞机发动机叶片叶片数控铣 削加工的有限元模型，研究了有限元建模方法及其相关关键技 术，分析了切削加工过程中应力、应变，为后续加工参数优化等研 究奠定了基础。如图１所示，是整个分析过程的流程图。
３建模与分析过程
３．１进入前后处理器。设置分析类型 本研究中采用ＡＮＳＹＳｌ０．０作为前处理器进行有限元建模。