趙小剛
（陝西國防工業職業技術學院，陝西 西安 710300）
【摘 要】論述了模態分析在葉片結構設計中的重要性，建立了葉片的三維模型，採用ANSYS軟體進行了模態分析，並對計算結果進行了分析，對葉片結構設計及優化有一定的意義。
關鍵詞 葉片；ANSYS；模態分析；固有頻率
※基金項目：「基於Pro/e風量調節機構的仿真與分析」（Gfy13-12）。
作者簡介：趙小剛（1981—），男，漢族，陝西戶縣人，工學學士，陝西國防工業職業技術學院，講師，研究方向為機械CAD/CAM。
0 引言
模態分析是確定系統振動特性的一種技術，它關注的是系統自身基本的動力特性，是所有動力學分析中最基礎的部分。
葉片工作過程中衝擊和振動不可避免，葉片的振動特性直接影響調節機構的動力特性，因此對葉片進行振動分析是評判調節機構運動特性的重要指標。本文採用有限元分析方法，對於風量調節機構的葉片的動力特性進行了分析計算。
1 建立葉片計算模型
論文在第三章中已採用Pro/E軟體完成了風量調節機構所有零件的三維建模及整機裝配，本章將Pro/E中將建立的.PRT文件模型另存為.iges格式後導入到ANSYS13.0中，並重新進行關鍵點合併、實體產生、小面積的刪除等處理，以得到準確的計算模型。將Pro/E中建立的模型導入到ANSYS13.l後，利用ANSYS13.1的模態分析功能對主要零件及結構做模態分析。所建立的葉片的計算模型如圖1所示。
2 網格劃分
鑒於高階三維實體單元SOLID187適合於CAD中不規則的複雜模型，單元具有塑性、高彈性、蠕變、膨脹應力剛化、大變形、大應變等功能。因此本文選擇單元庫中的Tet 10node 187作為葉片的實體單元。葉片的材料採用45鋼，材料屬性中彈性模量、泊松比μ=0.3、密度。考慮自由網格劃分對於單元形狀沒有限制，也沒有特殊的規則，實體模型的構建很簡單，故對所建立的計算模型進行自由網格劃分，得到有限元模型如圖2所示。
3 建立計算邊界條件
計算邊界條件如圖3。邊界條件施加的坐標系見4。坐標係為圓柱坐標系。在與葉片垂直的表面施加均布載荷約束。
4 加載和求解
加載即施加約束，主要是定義對節點自由度的限制。針對結構特點和分析要求，本文通過Define Loads設置約束，首先將約束面設置為葉片旋轉端的軸表面，並約束所有自由度，（對話框中選擇ALL DOF）。在求解之前，先設定分析類型為模態(moda1)分析，並選擇block lanczos作為模態提取方法。由於低階模態在結構動力學分析中作用更為突出，因此在模態級數和模態擴展數文本框中輸入6，再進行求解。通過求解計算，即可獲得葉片的6階模態的固有頻率，如表1所示。求解完成後，採用ANSYS的後處理功能，可讀取求解結果，顯示結果圖形或列表顯示結果。葉片分析計算結果匯總如表1所示。葉片各階模態及振型如圖5-圖10所示。
5 結論
計算結果表明，所設計的風量調節機構葉片的1-6階固有頻率遠遠避開驅動端轉速和非驅動端轉速，不會發生共振。風量調節機構的動力特性良好。
［責任編輯：湯靜］
（陝西國防工業職業技術學院，陝西 西安 710300）
【摘 要】論述了模態分析在葉片結構設計中的重要性，建立了葉片的三維模型，採用ANSYS軟體進行了模態分析，並對計算結果進行了分析，對葉片結構設計及優化有一定的意義。
關鍵詞 葉片；ANSYS；模態分析；固有頻率
※基金項目：「基於Pro/e風量調節機構的仿真與分析」（Gfy13-12）。
作者簡介：趙小剛（1981—），男，漢族，陝西戶縣人，工學學士，陝西國防工業職業技術學院，講師，研究方向為機械CAD/CAM。
0 引言
模態分析是確定系統振動特性的一種技術，它關注的是系統自身基本的動力特性，是所有動力學分析中最基礎的部分。
葉片工作過程中衝擊和振動不可避免，葉片的振動特性直接影響調節機構的動力特性，因此對葉片進行振動分析是評判調節機構運動特性的重要指標。本文採用有限元分析方法，對於風量調節機構的葉片的動力特性進行了分析計算。
1 建立葉片計算模型
論文在第三章中已採用Pro/E軟體完成了風量調節機構所有零件的三維建模及整機裝配，本章將Pro/E中將建立的.PRT文件模型另存為.iges格式後導入到ANSYS13.0中，並重新進行關鍵點合併、實體產生、小面積的刪除等處理，以得到準確的計算模型。將Pro/E中建立的模型導入到ANSYS13.l後，利用ANSYS13.1的模態分析功能對主要零件及結構做模態分析。所建立的葉片的計算模型如圖1所示。
2 網格劃分
鑒於高階三維實體單元SOLID187適合於CAD中不規則的複雜模型，單元具有塑性、高彈性、蠕變、膨脹應力剛化、大變形、大應變等功能。因此本文選擇單元庫中的Tet 10node 187作為葉片的實體單元。葉片的材料採用45鋼，材料屬性中彈性模量、泊松比μ=0.3、密度。考慮自由網格劃分對於單元形狀沒有限制，也沒有特殊的規則，實體模型的構建很簡單，故對所建立的計算模型進行自由網格劃分，得到有限元模型如圖2所示。
3 建立計算邊界條件
計算邊界條件如圖3。邊界條件施加的坐標系見4。坐標係為圓柱坐標系。在與葉片垂直的表面施加均布載荷約束。
4 加載和求解
加載即施加約束，主要是定義對節點自由度的限制。針對結構特點和分析要求，本文通過Define Loads設置約束，首先將約束面設置為葉片旋轉端的軸表面，並約束所有自由度，（對話框中選擇ALL DOF）。在求解之前，先設定分析類型為模態(moda1)分析，並選擇block lanczos作為模態提取方法。由於低階模態在結構動力學分析中作用更為突出，因此在模態級數和模態擴展數文本框中輸入6，再進行求解。通過求解計算，即可獲得葉片的6階模態的固有頻率，如表1所示。求解完成後，採用ANSYS的後處理功能，可讀取求解結果，顯示結果圖形或列表顯示結果。葉片分析計算結果匯總如表1所示。葉片各階模態及振型如圖5-圖10所示。
5 結論
計算結果表明，所設計的風量調節機構葉片的1-6階固有頻率遠遠避開驅動端轉速和非驅動端轉速，不會發生共振。風量調節機構的動力特性良好。
［責任編輯：湯靜］
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