ansys葉片疲勞的案例
葉身表面條帶對葉片振動疲勞性能影響分析
文 / 關紅，邰清安，范秀杰，李光澤 · 中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司
某轉子葉片選用鈦合金制造，該轉子葉片在腐蝕檢查時發現每批次有30%～40%數量的葉片表面存在腐蝕條帶，經理化分析判斷為鍛造過程產生的剪切帶細晶組織，如圖1 所示。通過解剖分析條帶區的化學成分、顯微硬度與基體無明顯差異；條帶區晶粒不具有明顯織構。由于無法量化其對葉片性能和壽命的影響，簡單的直接報廢處理無疑會造成周期變長和成本的巨大損失。葉片振動疲勞試驗是綜合考核產品使用性能的有效方法之一，因此，急需開展相關振動疲勞測試工作，確定斷裂產生的原因和斷口性質，為后續處理類似問題提供支撐。
圖1 帶有條帶痕跡的鈦合金葉片
試驗方法
振動疲勞檢測
選取某級葉片中含條帶葉片30 片，編號1#～30#分為A、B 兩組，每組各15 片分別進行振動疲勞檢測。A 組：含有一條貫穿條帶的葉片；B 組：含有一條未貫穿條帶的葉片。
熒光檢測
對振動疲勞有裂紋葉片進行熒光檢測，確定裂紋部位。
開裂葉片斷口分析
將振動疲勞有裂紋的葉片進行裂紋斷口分析。
試驗結果與分析
條帶葉片的振動疲勞檢測
采用榫頭固持狀態考核A 組、B 組的某級轉子葉片的1 ～3 階頻率，測量3 片葉片的一階彎曲振動應力分布，確定最大振動應力位置，最后考核A 組、B 組的某級轉子葉片一階模態下的中值振動疲勞壽命(榫頭開裂為無效葉片)。
⑴葉片固有頻率測試。葉片正式測頻之前先確定夾緊力矩大小，夾緊力矩的大小由試驗確定。
展開 葉身表面條帶對葉片振動疲勞性能影響分析
某轉子葉片選用鈦合金制造，該轉子葉片在腐蝕檢查時發現每批次有30%～40%數量的葉片表面存在腐蝕條帶，經理化分析判斷為鍛造過程產生的剪切帶細晶組織，如圖1 所示。通過解剖分析條帶區的化學成分、顯微硬度與基體無明顯差異；條帶區晶粒不具有明顯織構。由于無法量化其對葉片性能和壽命的影響，簡單的直接報廢處理無疑會造成周期變長和成本的巨大損失。葉片振動疲勞試驗是綜合考核產品使用性能的有效方法之一，因此，急需開展相關振動疲勞測試工作，確定斷裂產生的原因和斷口性質，為后續處理類似問題提供支撐。
圖1 帶有條帶痕跡的鈦合金葉片
試驗方法
振動疲勞檢測
選取某級葉片中含條帶葉片30 片，編號1
#～ 30
#分為A、B 兩組，每組各15 片分別進行振動疲勞檢測。A 組：含有一條貫穿條帶的葉片；B 組：含有一條未貫穿條帶的葉片。
熒光檢測
對振動疲勞有裂紋葉片進行熒光檢測，確定裂紋部位。
開裂葉片斷口分析
將振動疲勞有裂紋的葉片進行裂紋斷口分析。
試驗結果與分析
條帶葉片的振動疲勞檢測
采用榫頭固持狀態考核A 組、B 組的某級轉子葉片的1 ～3 階頻率，測量3 片葉片的一階彎曲振動應力分布，確定最大振動應力位置，最后考核A 組、B 組的某級轉子葉片一階模態下的中值振動疲勞壽命(榫頭開裂為無效葉片)。
圖2 夾緊力與固有頻率關系圖
⑴葉片固有頻率測試。葉片正式測頻之前先確定夾緊力矩大小，夾緊力矩的大小由試驗確定。夾緊力矩與固有頻率關系如圖2 所示，當試驗系統不變時，對葉片逐漸加大夾緊力矩(橫向頂緊葉片的螺栓的夾緊力矩)，葉片固有頻率值會逐漸升高，而當夾緊力加到某一定值時，固有頻率不再升高，此時的夾緊力矩即為葉片頻率測試的夾緊力矩。本次試驗夾緊力矩為60N.m。
展開 壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預測方法
壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預測方法
壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預測方法.rar
壓氣機葉片疲勞可靠度及壽命的預測方法.JPG
改善近壁流動通道循環疲勞，看GE如何發力新型渦輪轉子葉片
3D打印可以實現更復雜更集成的設計，這使得葉片的冷卻通道設計可以以功能實現為主。
更隨形，更復雜
燃氣渦輪發動機包括壓縮機、燃燒器和渦輪機，在壓縮機中壓縮的空氣與燃料混合并在燃燒器中點燃，然后通過渦輪機膨脹以產生動力。渦輪機內的部件，特別是周向排列的轉子和定子葉片，為了承受重復的熱循環以及該環境的極端溫度和機械應力，翼型必須具有堅固的結構并且被主動冷卻。
渦輪轉子和定子葉片通常包含形成冷卻系統的內部通道或回路，冷卻劑（通常是從壓縮機排出的空氣）通過該冷卻系統循環。這種冷卻回路通常由內部肋形成，所述內部肋為翼型提供所需的結構支撐，并且包括多個流動路徑以將翼型保持在可接受的溫度范圍內。通過這些冷卻回路的空氣通常通過翼型的前緣、后緣、吸力側和壓力側上的薄膜冷卻孔排出。
燃氣輪機的效率隨著點火溫度的升高而增加，因此，對技術進步的需求不斷增長，為了使渦輪葉片能夠承受更高的溫度。這些技術進步有時包括使用能夠承受更高溫度的新材料，也經常涉及改善翼型的內部構造以增強葉片結構和冷卻能力。
眾所周知，通過在四壁布置中形成的近壁流動通道可以實現高冷卻效率。然而，近壁流動通道的挑戰在于外壁經歷比內壁顯著更大的熱膨脹水平。這種不平衡的增長導致在內肋連接的點處產生應力，這可能導致低的循環疲勞，這可能縮短葉片的壽命。
根據3D科學谷的市場研究，GE公司通過3D打印技術正在開發一種渦輪轉子葉片，葉片的特殊設計包括由凹壓側外壁和凸吸入側外壁限定的翼型，翼型沿前緣和后緣連接，并且在它們之間形成徑向延伸的腔室，用于接收冷卻劑的流動。
展開 
干貨直播 I 風電行業9個主題：STAR-CCM+、結構強度、葉片流場、電磁、多體疲勞...
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本次研討會圍繞風電裝備研發過程中涉及到的整機性能、風環境、葉片流場、氣彈流固耦合，葉片復合材料、結構強度、電磁、振動噪聲、齒輪傳動、多體疲勞，機組熱管理、儲能、區域能源、數字化運維等領域，結合西門子工程咨詢在風電行業最佳實踐，分享 Simcenter 仿真與測試技術在風電領域的前沿應用。
邀請部門
總體部、葉片設計部門、仿真計算、機械傳動設計、機電控制、液壓設計、散熱分析、電機設計等部門
邀請對象
數字孿生研究人員、技術總監、CAE 專家、測試工程師、設計工程師、控制工程師、相關高校老師及學生
議程搶先看
點擊鏈接 免費報名
https://active.clewm.net/EsVag7?qrurl=http://qr03.cn/EsVag7>ype=1&key=cee0816159f448e0459930fd6354b892956077f097
01
時間：8月15日
分會場一：Simcenter STAR-CCM+風機葉片氣動性能仿真及優化方案
本次研討會主要介紹 STAR-CCM+在風機葉片氣動性能仿真及優化的解決方案，主要包含：
葉型優化：型線導入，網格設置，葉型參數優化及拓撲優化技術，轉捩模型
動網格技術：滑移網格，嵌套網格，網格變形
運動定義：葉素動量法，運動坐標系，剛體運動，六自由度運動
葉片氣彈流固耦合分析方法等
分會場二：先進復合材料葉片設計分析制造一體化
Fibersim作為先進復合材料結構開發平臺，提供了專門針對風機葉片的高效設計迭代方法及同CAE工具的雙向鏈接接口。
展開 ANSYS workbench 葉片靜力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習葉片三維模型的處理
2、學習靜力學分析步的建立
3、學習靜力學分析的邊界條件的施加
4、學習靜力學分析的載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 葉片靜力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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ANSYS workbench 飛機葉片模態分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習飛機葉片三維模型的處理
2、學習模態分析步的建立
3、學習模態分析的邊界條件的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 飛機葉片模態分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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ANSYS workbench 葉片模態分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習葉片三維模型的處理
2、學習模態分析步的建立
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案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 葉片模態分析。
本案例完整得提供了分析相關所有的分析文件。
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Ansys案例研究 | 無人機葉片靜態分析
在本例中，我們將研究無人機葉片在壓力載荷下的結構完整性。
目標
觀察無人機葉片在壓力載荷下的變形和應力。
步驟
1. 打開 Ansys Workbench，創建一個"靜態結構分析"系統。
2. 定義材料屬性。從本示例提供的 .xml 文件中導入聚碳酸酯的屬性，此處使用該材料僅用于演示目的，但應使用適當的材料屬性。
3. 導入模型，其外觀將如圖 1 所示。
圖 1. 典型的無人機葉片
4. 將材料分配給幾何體。
5. 在葉片中心施加固定約束，如圖 2 所示。
圖 2. 固定約束
6. 施加 0.01MPa 的壓力，如圖 3 所示。
圖 3. 壓力載荷
7. 使用 5mm 的單元尺寸對模型進行網格劃分，然后求解分析。變形和應力云圖如圖 4 所示。
圖 4：總變形和應力云圖
總結
本示例展示了無人機葉片在壓力載荷下產生的變形和應力，可以將其與材料的許用值進行校核，以判斷葉片是否能承受該載荷。
【點擊下方查看案例視頻】
展開 4/26 Ansys電子散熱風扇葉片優化
時間
2022年4月26日（周二）16:00-17:00
費用
免費
講師簡介
周小俠|Ansys
Ansys中國CPS團隊高級應用工程師。負責芯片封裝系統相關產品的支持和研究工作。本碩就讀于電子科技大學電磁場專業。先后就職于長虹、CST China，摩托羅拉和思科，分別從事雷達天線設計、電磁場仿真軟件支持、基站PA設計和交換機EMC仿真工作。
點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/ywUPKq4G?source=jishulink
4/21 Ansys電子散熱風扇葉片優化
點擊報名：https://v.ansys.com.cn/Live/A1C1tf7y?source=jishulink
Ansys葉片顫振仿真分析流程
案例概述
? 顫振分析對于確定壓氣機/渦輪葉片安全工作范圍意義重大，Ansys Fluent 2022R1已具備葉片顫振(Blade Flutter)仿真功能
? 本案例以Rotor67壓氣機葉片為例，介紹了基于Fluent進行葉片顫振分析的基本流程，包括：幾何前處理、網格劃分、計算設置、求解及后處理
? 模態結果文件由Ansys Mechanical計算得到，具體可參考流體大本營葉片顫振相關仿真資料，本案例不做具體解釋
? 本案例僅作為仿真流程演示說明案例，未與相關試驗數據進行比對
考慮氣彈問題時壓氣機氣動特性線安全裕度范圍
幾何前處理
本案例以NASA Rotor67跨音壓氣機葉片為例
‐整周葉片數22
‐設計轉速16043RPM
‐設計流量34.07kg/s，單葉片通道流量約1.54kg/s
‐模態Mode取1階彎曲模態輸出結果
‐節徑Nodal Diameter取0
NASA Rotor67 跨音壓氣機葉片
具體步驟
-將單通道葉片流體域幾何導入SCDM
-依次為進口、出口、輪轂、機匣和旋轉周期交界面進行命名，相關命名方式同一般葉輪機仿真規則
-該模型未設置葉尖間隙，如葉片帶有葉尖間隙則需對葉尖面進行單獨命名方便后續網格加密
-基于TurboGrid生成的帶有葉尖間隙的網格暫時不支持在Fluent中進行
Rotor67葉片單通道流體域幾何
Fluent Meshing網格劃分
? 在Workbench中將Geometry拖曳到Fluent模塊的Mesh單元
? 雙擊Mesh打開Fluent Meshing網格劃分界面
‐導入幾何
‐葉片局部網格加密
‐生成面網格
‐設置進出口邊界條件，設置周期對稱邊界面網格
‐定義流體域
‐設置邊界層網格
‐生成體網格(網格總數約80萬)
展開 ANSYS BladeModeler 渦輪機械葉片設計
ANSYS BladeModeler強調了它在渦輪機械葉片設計領域的強大優勢。它能在短時間內設計出形狀復雜的葉片，或對已有的葉片幾何進行修改。它內置各種工業常用的葉片模版，方便用戶調用。ANSYS BladeModeler用戶界面友好，整個過程自動化，葉片的三維視圖，S1及S2流面圖等多種視圖完整而豐富。 ANSYS BladeModeler還可以直接讀入幾何模型進行修改。用戶可以通過拖動流線上控制點等方式對葉片形狀進行三維的方便修改，修改的結果立即直觀地呈現在屏幕上。ANSYS BladeModeler生成的幾何文件可以輸出至流體和結構分析軟件進行網格劃分和數值計算。
特色功能：
將葉片設計專家豐富的設計分析經驗融入友好的圖形化界面
能直接創建新的葉片幾何模型，也能對已有的模型進行修改
內置模版豐富，幾乎可以設計所有的軸流,徑流,混流式透平機械的靜動葉片.前緣，尾緣,葉根葉尖間隙,大小葉片的處理都極為方便
各種葉片視圖完整而豐富
壓力面，吸力面的獨立設計
子午流線的任意定義
前緣，尾緣的交互式改變
與CAD軟件及CFD軟件的良好接口實現了葉片設計,加工,分析一體化
支持Workbench集成
典型應用：
水泵葉片設計
透平機械靜動葉片及流體通道設計
多級發電機組葉片設計
艦船螺旋推進器葉片設計分析
展開 ANSYS workbench 葉片基于模態的瞬態動力學分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
3、對有限元分析感興趣的工程師
你會得到什么：
1、學習葉片的三維模型處理
2、學習基于模態的瞬態動力學分析步的建立
3、學習基于模態的瞬態動力學分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 葉片瞬態動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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基于ANSYS Workbench的高壓渦輪葉片振動應力
葉片溫度場分布
高壓渦輪葉片模態
