ansys葉片疲勞分析的案例
葉身表面條帶對葉片振動疲勞性能影響分析
文 / 關(guān)紅，邰清安，范秀杰，李光澤 · 中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司
某轉(zhuǎn)子葉片選用鈦合金制造，該轉(zhuǎn)子葉片在腐蝕檢查時發(fā)現(xiàn)每批次有30%～40%數(shù)量的葉片表面存在腐蝕條帶，經(jīng)理化分析判斷為鍛造過程產(chǎn)生的剪切帶細晶組織，如圖1 所示。通過解剖分析條帶區(qū)的化學成分、顯微硬度與基體無明顯差異；條帶區(qū)晶粒不具有明顯織構(gòu)。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(chǎn)品使用性能的有效方法之一，因此，急需開展相關(guān)振動疲勞測試工作，確定斷裂產(chǎn)生的原因和斷口性質(zhì)，為后續(xù)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(jié)果與分析
條帶葉片的振動疲勞檢測
采用榫頭固持狀態(tài)考核A 組、B 組的某級轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子葉片一階模態(tài)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(zhuǎn)子葉片選用鈦合金制造，該轉(zhuǎn)子葉片在腐蝕檢查時發(fā)現(xiàn)每批次有30%～40%數(shù)量的葉片表面存在腐蝕條帶，經(jīng)理化分析判斷為鍛造過程產(chǎn)生的剪切帶細晶組織，如圖1 所示。通過解剖分析條帶區(qū)的化學成分、顯微硬度與基體無明顯差異；條帶區(qū)晶粒不具有明顯織構(gòu)。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(chǎn)品使用性能的有效方法之一，因此，急需開展相關(guān)振動疲勞測試工作，確定斷裂產(chǎn)生的原因和斷口性質(zhì)，為后續(xù)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(jié)果與分析
條帶葉片的振動疲勞檢測
采用榫頭固持狀態(tài)考核A 組、B 組的某級轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子葉片一階模態(tài)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(guān)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(guān)系如圖2 所示，當試驗系統(tǒng)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 基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態(tài)分析 ￥20
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態(tài)分析
首先需要葉片的截面輪廓
本文原始數(shù)據(jù)將風機葉片三維模型獲取了90多個截面輪廓，最后根據(jù)實際需要，利用C#軟件編程，獲取了其中32個風機復合材料葉片輪廓點。然后再利用ansys的spline功能連線，spline連點有上線，葉片中間還有加復合材料的加強筋，所以建模時需要考慮清楚連點的個數(shù)。
再利用askin功能，兩條線之間連成面。
再由線形成面。
利用shell281單元，設置保存每層的值。
新建復合材料屬性，各向異性。
自由網(wǎng)格劃分，約束，求解前十階模態(tài)，
第1階模態(tài)振動
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(guān)所有的分析文件。
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ANSYS workbench 飛機葉片模態(tài)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(tài)分析步的建立
3、學習模態(tài)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(tài)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件。
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ANSYS workbench 葉片模態(tài)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(tài)分析步的建立
3、學習模態(tài)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 葉片模態(tài)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有的分析文件。
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Ansys案例研究 | 無人機葉片靜態(tài)分析
在本例中，我們將研究無人機葉片在壓力載荷下的結(jié)構(gòu)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(chuàng)建一個"靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析"系統(tǒng)。
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?shù)牟牧蠈傩浴?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(wǎng)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(jié)
本示例展示了無人機葉片在壓力載荷下產(chǎn)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。
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展開 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(wǎng)格劃分、計算設置、求解及后處理
? 模態(tài)結(jié)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(guān)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(guān)試驗數(shù)據(jù)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(shù)22
‐設計轉(zhuǎn)速16043RPM
‐設計流量34.07kg/s，單葉片通道流量約1.54kg/s
‐模態(tài)Mode取1階彎曲模態(tài)輸出結(jié)果
‐節(jié)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(zhuǎn)周期交界面進行命名，相關(guān)命名方式同一般葉輪機仿真規(guī)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(xù)網(wǎng)格加密
-基于TurboGrid生成的帶有葉尖間隙的網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)格劃分界面
‐導入幾何
‐葉片局部網(wǎng)格加密
‐生成面網(wǎng)格
‐設置進出口邊界條件，設置周期對稱邊界面網(wǎng)格
‐定義流體域
‐設置邊界層網(wǎng)格
‐生成體網(wǎng)格(網(wǎng)格總數(shù)約80萬)
展開 ANSYS workbench 葉片基于模態(tài)的瞬態(tài)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(tài)的瞬態(tài)動力學分析步的建立
3、學習基于模態(tài)的瞬態(tài)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(tài)動力學分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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轉(zhuǎn)載，基于ANSYS Workbench葉輪葉片流固耦合分析
看到覺得不錯，雖然不是很會ANSYS，不過樂意分享
以離心泵葉輪為研究對象，設定不同的兩種工況（120/160L/s），基于Navier-Stokes方程和SST k-？棕湍流模型，構(gòu)建兩者的內(nèi)流場模型，次而根據(jù)其受力建立葉輪葉片的靜力平衡方程，設置邊界條件，施加載荷，最后求解得出結(jié)果。在流場的數(shù)值模擬中，由于考慮到離心力及流場對葉片的表面壓力的影響，將內(nèi)流場網(wǎng)格連接CFX模組進行流場模擬。在結(jié)構(gòu)場中，導入CFX計算得出的水壓力數(shù)值，最后求解得到葉片在兩個工況下的應力應變情況。分析結(jié)果表明，葉輪葉片都能在兩種工況下正常的運行。
2 結(jié)構(gòu)場計算
2.1 載荷施加
載荷中涉及的葉片水壓力無法在Mechanical中單獨施加，采用的是CFX-Post的計算數(shù)據(jù)連接Static Structure模組，施加水壓力，除此之外，還涉及位移約束和離心力。離心載荷是通過插入Inertial選項中的Rotational Velocity，選擇的葉輪轉(zhuǎn)速給定為153.93rad/s。位移約束通過插入Inertial選項中的Cylindrical Support，旋轉(zhuǎn)軸段的兩個柱面。
2.2 求解結(jié)果
圖5中是反映的兩種工況下葉片的應力應變云圖。工況1（Q=120L/Min）葉片，最小應變位移為6.0198×10-5m，最大應變位移為1.4991×10-3m；工況2（Q=160L/Min）葉片，最小應變位移為8.4329×10-5m，最大應變位移為1.8137×10-3m。
選擇任意葉片的兩條上緣線，單獨選取每個工況的吸力面、壓力面的兩天緣線進行對比，觀察隨著流量的增加，等效應力的變化趨勢。
展開 ANSYS的疲勞分析-基于S-N曲線的疲勞計
/prep7
et,1,plane42
MPTEMP,1,0
mpdata,ex,1,,2e8
mpdata,prxy,1,,0.3
rectng,0,200,0,100,
cyl4,100,50,25
asba,1,2
smrtsize,3
amesh,all
finish
/solv
nsel,s,loc,x,0
d,all,,,,,,ux
d,1,,,,,,uy
sfl,2,pres,0,31
allsel,all
solve
finish
4 S-N曲線
疲勞分析是在計算結(jié)果之上進行再次計算，其實這個過程也可以人為計算而不需要在軟件里面實現(xiàn)。直接查詢校核點的應力，算出應力幅值，再根據(jù)材料的S-N曲線，插值即可得到需用的循環(huán)次數(shù)，通過與實際循環(huán)次數(shù)對比，便能計算疲勞使用系數(shù)，也即累計損傷系數(shù)。
本次通過軟件，通過賦予材料S-N疲勞屬性，指定各種參數(shù)，直接得出累計損傷系數(shù)。
ANSYS在定義這些參數(shù)的過程中，有幾個關(guān)鍵命令：FP，F(xiàn)L，F(xiàn)S，F(xiàn)SNODE，F(xiàn)E，F(xiàn)TCALC。
查詢ANSYS幫助文檔，如下。
圖2 FP
根據(jù)疲勞曲線輸入S－N數(shù)據(jù)
STITM： ANSYS可以定義62個，取值1~20為循環(huán)次數(shù)，21~40為對應的應力幅度，41~50為溫度，51~60為平均應力，61和62為彈塑性材料參數(shù)。
展開 
ANSYS Workbench起重機疲勞分析 ￥29.9
</p><p><br></p><p>2 Ansys workbench有限元分析軟件</p><p>在ANSYS 7.0版本問世之前，ANSYS公司致力于研發(fā)其核心產(chǎn)品ANSYS。這一版本通過其仿真效果的卓越和效率的顯著，贏得了工程界的廣泛贊譽。然而，盡管取得了如此成就，該版本在仿真模擬操作方面存在明顯的不足，即用戶必須通過編寫復雜的程序才能進行仿真，這限制了其在工程領(lǐng)域的普及應用。</p><p>隨著ANSYS公司成功推出ANSYS Workbench這一新型號，局面發(fā)生了轉(zhuǎn)變。ANSYS Workbench以其創(chuàng)新的用戶界面和工作流程，簡化了仿真過程，極大地提升了用戶體驗，因此迅速被廣泛應用，其普及程度甚至超越了傳統(tǒng)的ANSYS經(jīng)典版本。目前，ANSYS Workbench已經(jīng)發(fā)展到24.0版本，繼續(xù)引領(lǐng)著行業(yè)的進步。</p><p>ANSYS Workbench作為一個先進的仿真平臺，具備分析和模擬復雜機械系統(tǒng)的能力。它涵蓋了結(jié)構(gòu)靜力學、結(jié)構(gòu)動力學、剛體動力學、流體動力學、結(jié)構(gòu)熱力學、電磁場分析以及多物理場耦合分析等多個領(lǐng)域。這些功能使得工程師能夠?qū)C械系統(tǒng)進行全面的性能評估，從而優(yōu)化設計，提高產(chǎn)品的可靠性和性能。</p><p>在結(jié)構(gòu)靜力學方面，ANSYS Workbench能夠模擬材料在靜態(tài)載荷下的響應，包括應力、應變和位移等參數(shù)。在結(jié)構(gòu)動力學分析中，該平臺可以模擬結(jié)構(gòu)在動態(tài)載荷下的行為，如振動和疲勞。剛體動力學分析允許工程師研究物體在受到力和扭矩作用時的運動情況。</p><p>流體動力學模塊使工程師能夠模擬液體或氣體在各種條件下的流動行為，這對于設計高效的流體傳輸系統(tǒng)至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)熱力學分析則關(guān)注材料在熱載荷下的行為，包括熱膨脹和熱應力。
展開 ANSYS Mechanical聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife 在實體焊縫疲勞分析
引言：ANSYS nCode DesigenLife具有強大的焊縫疲勞分析能力，由于分析過程的復雜性， ANSYS Workbench工作平臺預定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對于焊縫疲勞的相關(guān)分析，需要間接完成。
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析能夠?qū)Ρ”诮Y(jié)構(gòu)進行，同時也能夠基于非薄壁結(jié)構(gòu)進行實體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實體焊縫疲勞分析，基于結(jié)構(gòu)應力法，對于實體網(wǎng)格建立的焊縫分析具有相當?shù)钠者m性，相對于熱點應力法，無需對網(wǎng)格進行強制控制。
限于篇幅，本文僅對實體焊縫疲勞分析一般流程進行概述。
① 基于“DesignLife theory”對實體焊縫疲勞分析方法進行概述；
② 基于ANSYS Mechanical創(chuàng)建有限元求解；
③ 基于nCode Weldline創(chuàng)建實體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進行實體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實體焊縫模型創(chuàng)建準則
1、ANSYS nCode DesignLife實體焊縫分析方法
ANSYS nCode DesignLife實體焊縫分析理論中對于實體焊縫評估采用結(jié)構(gòu)應力法，與熱點應力法（距離焊趾表面一定距離的兩點或三點，進行線性或二次插值計算來確定焊趾處的熱點應力值，如圖2所示）相比較，結(jié)構(gòu)應力法對于網(wǎng)格無需特殊考慮，對網(wǎng)格敏感程度相對較低。
圖二
結(jié)構(gòu)應力法滿足平衡條件并可以采用結(jié)構(gòu)力學的方法進行計算，結(jié)構(gòu)應力是膜應力和彎曲應力之和。結(jié)構(gòu)應力法需要用戶自定義“Stress Classification Lines (SCL)”應力等級線去確定膜應力和彎曲應力。
展開 ANSYS Mechanical聯(lián)合ANSYS nCode DesignLife 在實體焊縫疲勞分析
作者 | 付穌昇 安世中德結(jié)構(gòu)仿真咨詢專家
首發(fā) | 仿真秀（ID:fangzhenxiu2018）
引言：ANSYS nCode DesigenLife具有強大的焊縫疲勞分析能力，由于分析過程的復雜性， ANSYS Workbench工作平臺預定義7類nCode DesignLife疲勞分析模塊并不包括對于焊縫疲勞的相關(guān)分析，需要間接完成。
ANSYS nCode DesigenLife焊縫疲勞分析能夠?qū)Ρ”诮Y(jié)構(gòu)進行，同時也能夠基于非薄壁結(jié)構(gòu)進行實體焊縫疲勞模擬，如圖1所示。
實體焊縫疲勞分析，基于結(jié)構(gòu)應力法，對于實體網(wǎng)格建立的焊縫分析具有相當?shù)钠者m性，相對于熱點應力法，無需對網(wǎng)格進行強制控制。
限于篇幅，本文僅對實體焊縫疲勞分析一般流程進行概述。
① 基于“DesignLife theory”對實體焊縫疲勞分析方法進行概述；
② 基于ANSYS Mechanical創(chuàng)建有限元求解；
③ 基于nCode Weldline創(chuàng)建實體焊縫信息；
④ 基于ANSYS nCode DesignLife進行實體焊縫疲勞求解引擎求解。
圖1
一、實體焊縫模型創(chuàng)建準則
1、ANSYS nCode DesignLife實體焊縫分析方法
ANSYS nCode DesignLife實體焊縫分析理論中對于實體焊縫評估采用結(jié)構(gòu)應力法，與熱點應力法（距離焊趾表面一定距離的兩點或三點，進行線性或二次插值計算來確定焊趾處的熱點應力值，如圖2所示）相比較，結(jié)構(gòu)應力法對于網(wǎng)格無需特殊考慮，對網(wǎng)格敏感程度相對較低。
展開 利用ANSYS隨機振動分析功能實現(xiàn)隨機疲勞分析
利用ANSYS隨機振動分析功能實現(xiàn)隨機疲勞分析
[日期： 2005-5-19 13:05:51]
來源： 作者：
[字體：大 中 小]
ANSYS隨機振動分析功能可以獲得結(jié)構(gòu)隨機振動響應過程的各種統(tǒng)計參數(shù)（如：均值、均方根和平均頻率等），根據(jù)各種隨機疲勞壽命預測理論就可以成功地預測結(jié)構(gòu)的隨機疲勞壽命。本文介紹了ANSYS隨機振動分析功能，以及利用該功能，按照Steinberg提出的基于高斯分布和Miner線性累計損傷定律的三區(qū)間法進行ANSYS隨機疲勞計算的具體過程。
１．隨機疲勞現(xiàn)象普遍存在
在工程應用中，汽車、飛行器、船舶以及其它各種機械或零部件，大多是在隨機載荷作用下工作，當它們承受的應力水平較高，工作達到一定時間后，經(jīng)常會突然發(fā)生隨機疲勞破壞，往往造成災難性的后果。因此，預測結(jié)構(gòu)或零部件的隨機疲勞壽命是非常有必要的。
2．ANSYS隨機振動分析功能介紹
ANSYS隨機振動分析功能十分強大，主要表現(xiàn)在以下方面：
1. 具有位移、速度、加速度、力和壓力等PSD類型；
2. 能夠考慮a阻尼、b阻尼、恒定阻尼比和頻率相關(guān)阻尼比；
3. 能夠定義基礎(chǔ)和節(jié)點PSD激勵；
4. 能夠考慮多個PSD激勵之間的相關(guān)程度：共譜值、二次譜值、空間關(guān)系和波傳播關(guān)系等；
5.
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