风力机GFRP叶片弯曲变形规律

针对结构型式及铺层设置未知的GFRP叶片,通过构造变形代理模型,介绍了一种通用的叶片弯曲变形的计算方法。叶片弯曲变形函数为指数与多项式相结合的形式,只要给定叶尖挠度即可据此模型计算出叶片在整个展长上的变形分布。该代理模型可为预测变形后风力机叶片的气动载荷分布提供参考。算例结果表明：本文模型预测的变形与有限元分析给出的变形吻合较好。     

叶片精密加工弹性变形误差分析及规律研究

针对薄壁叶片螺旋铣削加工中的变形问题进行了分析研究.通过建立叶片螺旋铣削加工模型、力学变形分析模型,运用力学原理对叶片加工中的扭转和弯曲变形进行分析,建立了基于叶片刚度的变形数学模型,得到了叶片加工变形与叶片几何尺寸的关系,在此基础上通过定义叶片弯扭变形作用区域的划分方法,计算总结出了叶片变形的规律.螺旋铣试验结果表明,研究的弹性变形击噼与实际加工中的变形基本吻合,能够满足叶片加工补偿、数控编程等实际的工程要求.     

考虑几何非线性的风力机叶片气弹模型

针对大型轻型柔性叶片存在的几何非线性变形情况,基于几何精确梁理论建立了非线性叶片梁单元,考虑了叶片预弯预扭、各向异性、变形耦合以及截面偏心的特点。对非线性结构方程的数值求解方法进行了探讨。结合动量叶素理论建立了可用于分析叶片大变形动态响应问题的几何非线性气弹模型。通过两个算例验证了结构模型的正确性。以NREL 5MW风力机叶片为研究对象,分析了叶片静态变形、固有频率、以及在阵风、偏航错误条件下的动态响应,并与FAST计算结果进行了对比,结果表明,在静态变形范围内几何非线性气弹模型与FAST非常好的吻合,进一步验证了该模型计算正确性。通过降低叶片截面弯曲刚度,发现在叶片大变形时,几何非线性气弹模型可以获得更准确的结果。     

涡轮叶片位移场模型变形特征解耦方法研究

为了有效提高航空发动机精铸涡轮叶片的成形精度,提出一种涡轮叶片位移场模型的变形特征解耦方法。首先通过对批量叶片进行检测,获取型面数据后与叶片设计模型配准及偏差计算得到叶片精铸位移场;在对精铸位移场进行分析和研究的基础上,确定叶片铸件变形的分布规律。研究精铸涡轮叶片的变形特征,通过位移场的解耦分析把精铸位移场中的任意位移矢量分解成收缩误差变形矢量、弯曲变形矢量、扭转变形矢量。分离出的精铸变形特征可应用于精铸涡轮叶片模具型腔优化过程中,对提高模具型腔的设计质量及涡轮叶片的成形精度具有重要意义。     

叶片螺旋铣弹性变形分析

根据叶片螺旋铣专用夹具结构,以工程力学理论对叶片简化模型进行弯扭变形规律分析,计算得出弯扭变形量与叶片宏观几何参数的对应关系,并且预测了叶片发生最大加工变形的区域,为数控编程提供可靠的工艺性分析工具。     

大型轴流风机叶片的气动弹性数值分析研究

在叶轮机械的流固耦合中以弹性体流固耦合问题最具难度。在这类问题中,需要考虑叶片在运转过程中的弹性变形与振动对流场的影响以及振荡流场的反作用。以北京地铁18号专用轴流风机为例,在考虑叶片变形和流场之间相互影响的耦合状态下,探讨机叶片气固耦合问题的计算方法。采用CFX软件进行流场计算、ANSYS软件进行结构计算,以MFX- ANSYS/CFX为数据耦合平台,应用弱耦合分区法对风机叶片的气动弹性进行数值模拟分析。并与不考虑叶片弹性变形的情况进行对比,发现考虑气动弹性的最大应力几乎是不考虑气动弹性的最大应力的两倍,相应的安全系数相差较大,不考虑叶片的气动弹性容易高估叶片结构的安全性。分析考虑弹性变形对叶片结构安全性的影响,说明叶片的气动弹性分析的必要性和重要性。     

部分负荷下混流式水轮机转轮叶片变形对流场的影响

将CFD流动分析软件与结构刚强度软件有机结合,对混流式转轮在不同工况下的流动进行分析。通过程序将流场参数加载到结构分析软件上,对变形后的叶片再次进行网格划分流场计算,并计算出混流式转轮叶片上的应力和变形,详细分析了转轮变形后的流场,达到了真正意义上的流固耦合。研究结果表明:最大应力发生在转轮叶片的出水边与上冠的连接处,应力集中较明显,易于发生疲劳破坏。产生最大变形的部位是转轮叶片的出水边与下环的连接处,且从上冠到下环变形量逐渐增大,即此部位就是叶片振动的敏感区域;转轮变形后对水轮机内部流场的影响表现在叶片进口边头部压力增大,叶片出口边靠下环处流速增大、压力下降,空化性能降低。变形后的流场使得尾水管内部的涡带产生、紊动加剧,说明叶片变形后对水轮机内部流场的影响是引起水轮机裂纹和振动的真正原因。     

风力机柔性叶片翼型的气动特性研究

基于柔性叶片大尺寸变形的特点,选取NPU翼型作为研究对象,采用Xfoil软件计算不同弦向变形时翼型的升阻力系数及俯仰力矩系数,并总结翼型变形后升力系数计算的修正公式。研究表明,柔性叶片弦向弯曲变形越大,翼型的升力系数越大,阻力系数也会有小幅度增大,但升阻比总体呈现增大趋势,有利于提升气动性能。翼型变形后的气动特性计算修正公式的计算结果与模拟仿真的结果也吻合较好。     

整体叶盘结构叶片弹性特征分析

以某三级风扇为例,通过数值计算及试验数据分析,对比研究了整体叶盘结构及盘榫结构的不同弹性特征;分析了整体叶盘结构叶片弹性变形角变化量随叶片叶高、相对换算转速变化的特点;阐述了整体叶盘结构叶片径向变形量的特点。研究结果表明,整体叶盘结构的弹性变形量小于盘榫结构叶片,弹性变形角随叶高及转速呈非线性变化。     

拉索式垂直轴风力机力学计算分析

拉索预紧力直接影响拉索式垂直轴风力机的变形,预紧力要能适应不同风速和不同运行状态下的作用力,使叶片变形量满足结构规范要求。通过分析拉索式垂直轴风力机的计算参数和受力情况,建立风力机静止状态和运行状态的两种计算模型,利用SolidWorksSimulation软件对拉索式垂直轴风力机模型进行力学计算分析。计算结果表明,通过施加合适的预紧力,垂直轴风力机叶片的变形能够控制在较小的范围,满足风力机叶片的刚性要求,拉索式垂直轴风力机结构是可行的,计算模型简单有效。     

航空发动机涡轮叶片包容模拟试验研究

为消除航空发动机非包容失效,首先需要通过叶片包容试验了解发动机部件的撞击、变形和破裂过程。在高速旋转试验台上进行模型的叶片包容试验,使用高速相机和高速数据采集系统构建特别的触发系统,记录叶片撞击机匣时的转子转速、机匣外壁上的应变波及叶片的运动轨迹。试验结果表明,叶片长度和动能对部件的撞击变形及破坏结果有极大的影响。高能量长叶片撞击将引起大变形,叶片弯曲成U形,机匣在第二次撞击处被撕裂击穿。相反地,叶片较短时,即使具有较高的撞击能量,对机匣的破坏作用也是极小的。叶片包容试验可以为结构优化设计和叶片包容仿真软件的开发提供大量有价值的数据。     

Dynamic response of coupled shaft torsion and blade bending in rotor blade system

This study develops a computational model for the dynamic characteristics of a rotor-blade system. The rotor-blade coupled model with pre-twisted blade attached to a rigid disk driven by a shaft is developed using the Lagrange equation in conjunction with the assumed mode method to discretize the blade deformation. The effects of axial shortening due to blade lagging deformation, centripetal force caused by the rotating blade, and gravity are included in the model. The coupled equation of motion is formulated based on the small deformation theory for the blade and shaft torsional deformation to obtain the dynamic characteristics of the system for various system parameters. Numerical simulations show that the pre-twist angle of the blade and the shaft torsional flexibility strongly influence the dynamic behavior of the rotor-blade system.     

自由曲面铣削误差预测

在航空航天工业等行业中,对于复杂薄壁曲面零件,极易产生由工件变形引起的加工误差,这直接影响了零件的加工精度及表面质量。本文研究了薄壁叶片型面精加工切削过程中工件变形对加工精度的影响:首先利用正交试验求出球头铣刀的铣削力公式,进而结合有限元方法,编写柔性切削变形迭代算法,计算出薄壁叶片的最终变形量,并分析了叶片的变形规律,这对提高叶片加工精度具有重要的实际应用价值。     

航空发动机叶片刚柔耦合动力学分析

航空发动机叶片是航空发动机重要零件之一,常常因共振而导致断裂失效。传统航空发动机叶片的振动特性分析普遍基于零次近似耦合动力学模型,该模型忽略了动力刚化项,得到的结果具有一定局限性。为了更加准确地分析高速转动的航空发动机叶片的振动特性,对叶片刚柔耦合动力学问题进行了研究。将叶片简化为柔性薄板,考虑面外变形和面内变形,并计入了面外变形引起的面内变形,即变形耦合项。采用假设模态法描述叶片的变形,运用拉格朗日动力学方程建立了做三维空间大位移运动的柔性叶片一次近似耦合动力学方程。同时采用多体系统动力学软件MSC.ADAMS对旋转叶片的动力学性态进行了研究,并将所得的叶片动力学理论模型结果和ADAMS的结果进行了比较。结果显示一次近似耦合模型理论结果与实际结果相符,而ADAMS和零次近似耦合模型在叶片高转速时仿真结果存在缺陷。基于所得的叶片一次近似耦合模型,对叶片振动频率、“频率转向”和“振型转换”问题进行了分析,验证了所提出的方法的可行性。     

基于 ANSYS Workbench的微耕机旋耕刀有限元分析

以微耕机旋耕刀为研究对象,运用Pro/E软件建立了旋耕刀的三维模型,基于ANSYS Workbench有限元分析软件对旋耕刀进行了应力、变形、应变分析。分析结果表明：旋耕刀总变形最大处在旋耕刀的正切部,表明正切部刚度最差;旋耕刀最大应力与应变区域在刀柄与刀背连接处,与实际工作过程中旋耕刀断裂处一致,验证了有限元分析的可靠性,为旋耕刀的进一步优化设计提供了理论依据。     

汽轮机叶片精锻模具预补偿方法研究

针对汽轮机叶片加工精度要求高、精锻模具误差补偿难度大以及加工效率低等问题,以某型号汽轮机叶片为例,利用DEFORM-3D数值模拟软件分别对叶片精锻模具Z=5 mm叶根截面、Z=35 mm叶身截面以及Z=75 mm叶尖截面在不同锻压步数下的弹性变形进行了模拟分析,得出精锻模具型腔曲面变形规律。基于数值模拟结果,提出利用反向迭代补偿与黄金分割相结合的方法来修正精锻模具型腔。以该汽轮机叶片最大允许误差80μm为迭代目标,采用黄金分割法调整迭代区间,对各迭代点进行仿真,确定最优修正系数为0.94,最后得到满足终锻叶片精度要求的合理模具型腔,大大提高了模具设计质量与效率。     

半开式离心压缩机叶轮叶片单向流固耦合分析

采用非结构化网格有限体积法和有限元方法,进行了不同工况半开式离心叶轮叶片单向气动与强度流固耦合分析。根据计算结果,分析了设计工况下叶片分别在气动载荷、离心惯性力载荷和耦合前两种载荷下的变形、应力分布。并对比分析了不同工况下气动载荷和耦合气动载荷和离心惯性力载荷情况下叶片的最大总变形和最大应力。得出了3种载荷情况下半开式离心叶轮叶片变形和应力的分布特征,探讨了工况变化对叶片的最大总变形和最大应力的影响。     

抗冲击金刚石圆锯片结构的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件 ,对节块前方加焊不同负倾角护齿插件的金刚石圆锯片进行变形和应力计算 ,得出最佳的护齿插件锯片结构 ,并与普通圆锯片比较 ,可知在相同载荷作用下 ,合理设置插件倾角 ,可使最大变形、应力值大大减小 ,应力均衡 ,应力集中区明显改善 ,表明护齿插件提高了锯片基体的刚度和节块的抗冲击能力 ,有利于延长锯片的使用寿命