复合材料风机叶轮动静态特性有限元分析

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　　为避免共振的发生在风机叶轮设计时。必须对叶轮动态特性进行分析，调整风机叶轮的工作转违。风机工作时叶轮高速旋转，叶轮的强度和刚度也是非常重要的。对风机叶轮进行准确的强度和刚度分析可为风机设计提供依据，并可为防止事故的发生延长风机寿命提供可靠的数据351.

　　为了确保风机叶轮的强度和刚度符合要求，降低叶轮的振动及因此产生的噪声，本文对所设计的纤维，强复介村料轴流式风机叶轮进行振动模态分析，研宄了叶轮整体及其组成部分的振动特性，分析了叶轮工作时在离心力的作用下产生的变形和应力分布，校核了叶轮工作时的强度和刚1复合材料风机叶轮动静态特性的有限元实现1.1复合材料风机叶轮的几何模型基金项目山西省科技攻关资助项目200283流式风机的叶轮，叶轮外径为280巧轮毂比为，4流量为2921全压为190转速为2900 7叶片数为4个。

　　纤维增强复合材料风机叶轮的材料力学参数1.2复合材料风机叶轮的有限元实施叶轮可分为叶片和轮毂两部分，对这两部分划分单元，采用8节点六面体单元8，85，共有8 367个单元，8802个节点。

　　叶轮在工作时将会时受到两种载荷其是叶轮高速旋转产牛的离心力；其是气流迎过通过叶轮通道时产生的气动力载荷。叶轮在较高转速时气动载荷对应力的分布影响很小，考虑气动载荷和不考虑气动我荷情况大和，小应力点的位置没有变化。气动载荷对应力值的影响也不大，这是因为气动载荷与离心载荷相比后者占主要。另夕，考虑气动载荷时的应力比不考虑时略小，这是因为气动载荷作用的方向与离心力垂直，从而改变了叶根附近的应力状态，使得考虑气动载荷时的应力比不考虑时减小，因而不考虑气动载荷是偏于安全的，因此整个叶轮只考虑离心力的影响9.离心力通过施加角速度来实现，其大小为303691少载荷只用于强度计戴计算叶轮的模态时不用加载荷叶轮只能绕轴转动不能轴向刚体位移，闪而只有绕轴转动这个自由度。

　　2复合材料风机叶轮的模态分析从各阶固有频率来看，各阶固有频率的值比较接近，并且各阶振型也非常接近，各阶模态有定的重叠，分布较为密集。从各阶振型上来1第第阶振型主要为叶轮的振动形态，其中第阶为叶轮的找动。第阶为叶轮的摆动，其他各阶为叶片的扭振。第阶振型为相对的叶片的后缘上方部分的扭振，对叶片后缘的上方弯向压力面，另对的则弯向吸力面。第阶振型只有对相对的叶片后缘的上方弯曲，其中片弯向压力面，片弯向吸力面。第阶为各个叶片后缘向吸力面弯曲。第六阶为各个叶片后缘向压力面弯曲。

　　第七到第十阶为各个叶片的前缘和后缘同时发生巧曲。前缘和5缘分，向相反的方弯曲，呈现扭弯状，且其扭曲程度不同。第十阶前缘和后缘同时向相同侧弯曲。第十阶只有对叶片发生弯曲，其前缘和后缘弯向同侧，另对没有发生弯曲。第十阶恢复为各个叶片的扭弯。这就是各阶模态的振动型态，阶数由十叶轮轴的质量比较大。其振动频率较低。

　　所以在低阶频率段即第第阶频率易产生振动。而叶片在阶以后的频率中开始振动，有各种振型。主轴转速为2900，句激振频率为43母第七到第十阶，有频率在激振力频率附近。因而在是引起叶轮振动的主要因素，叶轮轴振动很小，叶片振动较强，主要是由于叶片为薄的板壳件并且悬臂安装，因此刚度较小，容易激起振魂叶片对整个叶轮的振动模态影响为显著。

　　风机专业标准规定，叶片的各阶固有频率应该避汗激振频率波动±5以上。在风机叶轮处厂设计的工作转速时，激振频率为43设处于第十和第十阶固有频率之间，避开了共振。由于设计的叶轮工作转速不在临界转速附近，因此，叶轮不会发生共振，可以平稳地工作，工作状态良好，动态特性符合要求。叶轮转稳定。

　　3复合材料风机叶轮的强刚度分析这几阶叶片振动比较强烈。

　　从轴流风机叶轮的振动模态中可以看出，叶片3.1叶轮的变形叶轮轮毂部分的刚度比叶片部分要大得多，于是变形比叶小通过计算分析发现叶顶部分位移量大，而且叶顶后缘比叶顶前缘位移量大。变形值在叶片后缘上方随高度减小逐渐变小，叶片的前缘变形很小。叶片部分的位移基本上是沿着半径方向外扩张。略向前倾斜，叶顶部分向上翘起。

　　叶轮因离心乃产生的变形从人值为，201这个大值比较理想，说明所设计的叶轮工作时在刚度方面能满足要求，不会因变形过大而失稳。

　　22叶轮的应力分布程度的应力集中现象，而在吸力面侧，大应力值在吸力面上的分布较广范围较宽。叶轮上小应力值为3302大应力值为3188从远小于复合材料风机叶轮的强度极限，风机叶轮的静强度能满足要求。通常要求设计的叶轮安全系数不小于2 5在叶轮设计的工作转速下，叶轮强度符合设计标准。

　　4结论叶轮应力分布3；大景的风机事故及明，风机叶片和轮毂的连接部位容易发生断裂。

　　由强度的有限元分析发现整个叶轮的小应力点在叶顶前缘和轮毂处，大应力点在靠近叶根部1进纤维，强复合材料轴流风机叶轮的振动模态中，叶片对整个叶轮的振动模态影响为显著，叶片的动态特性及它与其它部件之间的振动费合关系直接影响到整个叶轮结构的振动特性。所设作，不会发生共振。

　　在靠近叶根部位，与工程实际中叶片的断裂部位相2叶轮变形大处在叶片叶顶部分，其值比较小，说明所设计的叶轮工作时在刚度方面能满足要求不会因变形过大而失稳。

　　3班离心力的作用下，叶轮的大应力出现符，大应力值为3 88远小于复合材料风机叶轮的强度极限。叶轮强度苻合设计标准。

　　4所设计的纤维增强复合材料风机叶轮在强度刚度及稳定方3能够满足要求，可以用子生产。

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　　2赵。坂璃钢离心通巧机叶轮加强工艺风机技术。199727 3孙衍个。矿轴流式风机叶片的投，分析。北京科技大学学报。1996 183I4高春山。用有限元法分析轴流通风机叶片的振动特性。风机技术，19973133 5李界1.以；分祈法解决尺州1井通风机叶片的开贺问风机技私；13只6刘东远。可调式动叶片振动特性及动应力计算。风机技术。1998袁。旧。唼兆队尺肖心通风机叶轮的维应力计算。14机技柘2001225张把1刘伟。玻讷制离心机转射阳虽度设计，化工学李嵩，瞿鑫。考虑气动载荷的轴流通风机叶轮强度的有限元分析。风机技术。20042