一种发动机叶片多工况振动特性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种发动机叶片多工况振动特性分析方法，包括：步骤1、基于对称结构模态分析原理，获取用于振动分析的发动机单叶片三维实体模型；步骤2、根据发动机工作中叶片振动受到转速、温度、气压等条件的影响，基于有限元分析软件对发动机单叶片进行多工况条件下的振动模态仿真分析，提取不同工作转速下对应的频率；步骤3、通过不同转速对应的频率绘制坎贝尔图，再将共振裕度容限绘制到坎贝尔图上，快速判断叶片在不同工作转速下产生共振的可能性。本发明专利技术针对发动机叶片在多工况条件下的振动特性分析，可以分析判断发动机在不同工作转速下发生共振的可能性，提高发动机叶片在工作中的安全性，保证发动机的正常工作。保证发动机的正常工作。保证发动机的正常工作。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机叶片多工况振动特性分析方法


[0001]本专利技术属于发动机叶片振动特性分析领域，特别涉及一种发动机叶片多工况振动特性分析方法。

技术介绍

[0002]发动机叶片是发动机结构的关键零部件。为了提高发动机工作效率，叶片设计要求最大限度的降低质量，设计人员尽可能的将结构设计轻薄。同时，发动机工作中叶片在高温、高压以及高速转动条件下，叶片很容易受到振动特性影响产生共振现象。进一步的造成叶片断裂破坏，影响发动机的稳定性。所以，在叶片结构设计阶段非常有必要进行发动机叶片的振动特性分析。
[0003]现有的发动机叶片振动特性分析，是先绘制转速
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频率坎贝尔图，再计算每个工作转速的共振裕度，通过与标准值进行比较，判断是否发生共振。上述过程使得分析工作量增加、容易遗漏计算结果以及分析结果不够直观。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种发动机叶片多工况振动特性分析方法，其对发动机叶片多工况条件下振动特性分析方法进行了优化处理，节省了数据处理时间，提高了结果分析的全面性。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种发动机叶片多工况振动特性分析方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、基于对称结构模态分析原理，获取用于振动分析的发动机单叶片三维实体模型；
[0008]步骤2、根据发动机工作中叶片振动受到转速、温度、气压的影响，基于有限元分析软件对发动机单叶片进行多工况条件下的振动模态仿真分析，提取不同工作转速下对应的频率；
[0009]步骤3、通过不同转速对应的频率绘制坎贝尔图，再将共振裕度容限绘制到坎贝尔图上，快速判断叶片在不同工作转速下产生共振的可能性。
[0010]进一步地，所述步骤1中的获取发动机单叶片三维实体模型包括：通过外部提供三维实体模型或者将叶片模型导入有限元分析软件中，并在模型编辑模块打开，切割模型、删除多余部分、删除不影响分析结果的细小特征，完成发动机单叶片三维模型的创建。
[0011]进一步地，所述步骤2具体包括：
[0012]对发动机单叶片进行模态振动特性分析，获取发动机叶片在不同转速条件下的频率和阵型；
[0013]首先，在有限元分析软件中创建单叶片静力学有限元模型。主要有搭建叶片静力分析模块、添加叶片与叶盘材料、导入模型、导入温度和气压数据、进行网格划分、施加约束边界条件、定义温度和气压以及转速载荷、设置应力应变结果输出；
[0014]然后，在静力分析模型的基础之上，创建振动模态分析有限元模型。主要有搭建叶片模态分析模块、定义模态分析载荷、选择输出结果的节径数、设置应力应变结果输出、求解计算、提取不同节径数下工作转速对应的频率与阵型。
[0015]进一步地，所述步骤3具体包括：
[0016]利用步骤2得到的发动机叶片不同节径数下不同转速对应的阵型和频率进行振动特性分析，创建转速
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频率振动特性坎贝尔图，观察激振线与频率线相交点与工作转速的距离，基于共振裕度计算方法，将共振裕度容限绘制到坎贝尔图上。通过固有频率线与激振线交点是否在共振裕度容限范围内判断叶片存在共振的可能性。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术针对发动机叶片的振动特性分析，基于对称结构模态分析原理，只需要创建单叶片三维实体模型就可以完成整体模态分析。单叶片模型仿真能够最大限度的减少有限元模型的网格数量，同时减少仿真求解所需的时间，降低仿真工程文件的大小。
[0019]本专利技术针对发动机叶片进行模态仿真分析，发动机叶片工作中受到复杂环境影响，在创建有限元仿真模型时需要同时施加转速、温度场、气压场载荷。多工况综合性的分析结果与实际效果更接近，保证了振动特性分析的真实性。
[0020]本专利技术基于转速
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频率坎贝图判断发动机叶片是否发生共振的可能性。采取将共振裕度容限绘制到坎贝图上，通过观察激振频率交点位置判断是否发生共振。省略了每个激振频率交点共振裕度值计算与结果判断的环节。节省了数据处理时间，提高了结果分析的全面性，同时提供了一种新的振动特性分析方法。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的发动机叶片多工况振动特性分析方法流程图；
[0022]图2为本专利技术的发动机单叶片结构示意图；
[0023]图3为本专利技术的振动特性分析坎贝尔图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0025]根据本专利技术的实施例，本专利技术的一种发动机叶片多工况振动特性分析方法，参见图1，包括如下步骤：
[0026]步骤1、基于对称结构模态分析原理，将叶片设计模型导入有限元软件切割处理，获取用于振动分析的发动机单叶片三维实体模型，具体包括：
[0027]对提供的某航空发动机叶片模型进行振动特性分析，如图2所示。发动机叶盘装有25个叶片，取发动机单叶片和叶盘夹角为14.4度的扇形区域为仿真对象。将叶片模型导入有限元分析软件中，并在模型编辑模块打开，切割模型、删除多余部分、删除不影响分析结果的细小特征，完成发动机单叶片三维模型的创建；
[0028]步骤2、根据发动机工作中叶片振动受到转速、温度、气压等条件的影响，基于有限
元分析软件对发动机单叶片进行多工况条件下的振动模态仿真分析，提取不同工作转速下对应的频率，具体包括：
[0029]首先，在有限元分析软件中创建单叶片静力学有限元模型。搭建叶片静力分析模块主要有添加叶片与叶盘材料、导入模型、导入温度和气压数据、进行网格划分、施加约束边界条件、定义温度和气压以及转速载荷、设置应力应变结果输出；
[0030]然后，在静力分析模型的基础之上，创建振动模态分析有限元模型。搭建叶片模态分析模块主要有定义模态分析载荷、选择输出结果的节径数、设置应力应变结果输出、求解计算、提取不同节径数下工作转速对应的频率与阵型。
[0031]所述搭建叶片静力分析模块包括：基于叶盘与发动机中轴通过螺栓固定连接，对叶盘底部施加约束载荷。通过导入温度场数据创建温度载荷，通过导入的气压数据创建气压载荷。同时发动机在不同转速条件下工作，创建旋转载荷。初始旋转速度设置为0rpm用于静频模态分析。后续通过更新旋转速度完成工作转速的动频模态分析。计算完成后提取不同转速条件下静力分析最大等效应力，判断强度是否满足设计要求。
[0032]所述搭建叶片模态分析模块包括：首先创建数据扩展模块(External Data)、静力分析模块(Static)、模态分析模块(Modal)。然后将各个模块的数据关联起来，实现扩展数据传输到静力分析以及模态分析继承静力分析结果。
[0033]所述添加叶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机叶片多工况振动特性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、基于对称结构模态分析原理，获取用于振动分析的发动机单叶片三维实体模型；步骤2、根据发动机工作中叶片振动受到转速、温度、气压的影响，基于有限元分析软件对发动机单叶片进行多工况条件下的振动模态仿真分析，提取不同工作转速下对应的频率；步骤3、通过不同转速对应的频率绘制坎贝尔图，再将共振裕度容限绘制到坎贝尔图上，快速判断叶片在不同工作转速下产生共振的可能性。2.根据权利要求1所述的发动机叶片多工况振动特性分析方法，其特征在于，所述步骤1中的获取发动机单叶片三维实体模型包括：通过外部提供三维实体模型或者将叶片模型导入有限元分析软件中，并在模型编辑模块打开，切割模型、删除多余部分、删除不影响分析结果的细小特征，完成发动机单叶片三维模型的创建。3.根据权利要求2所述的发动机叶片多工况振动特性分析方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：对发动机单叶片进行模态振动特性分析，获取发动机叶片在...

【专利技术属性】
技术研发人员：原梦飞，马洪波，郭晓晶，梁亮东，史小鹏，
申请(专利权)人：金航数码科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：