叶片模态振动下非定常气动力做功的数值仿真

摘要

叶轮机械是非常重要的能量转换机械,在航空舰船及电力等工业领域均有广泛的应用.近些年来,随着航空叶轮机械的性能不断地提高,特别是向高推重比,高切线速度的发展,使得压气机和风扇面临的工作条件越来越苛刻.为了确保叶轮机械安全可靠有效地工作,必须使其具有良好的气动和结构性能. 近几十年来,国内外各种航空发动机因结构强度或寿命问题而导致的事故频频发生.叶片是航空发动机的重要组件,结构强度故障中有相当一部分源自叶片振动.发动机的叶片在工作中承受着很高的离心负荷、温度负荷和振动交变负荷,很容易发生故障.叶片的振动故障主要是高、低循环疲劳损伤,其中低循环疲劳损伤即大应变疲劳损伤,多是由气动弹性失稳现象,也就是通常所说的颤振所引起的. 基于能量法分析叶片颤振的基本原理,本文利用通用有限元程序ANSYS 和CFX 对平板模型以及单个叶片模型进行了单通道非定常气动绕流的计算,分别得到了两个模型在一阶模态振动下一个周期内非定常气动力对叶片所做的功及气动阻尼,初步确立了能量法对叶片颤振进行研究的基本思路.