【文章內(nèi)容簡介】 對具體問題進(jìn)行分析 ： （ 1） 建模； （ 2） 加載并求解； （ 3） 結(jié)果提取分析。 8 分析具體步驟 計(jì)算物體的固有頻率在 ANSYS 中是一項(xiàng)很成熟的計(jì)算方法，這種方法普遍被稱為物體的模態(tài)分析。物體的模態(tài)分析在 ANSYS 中能夠很便捷的找到計(jì)算的步驟和方法。 首先我們可以確定葉片的材料的具體相關(guān)量 ，彈性模量 *105MPa，泊松比 ，密度 7720kg/m3，轉(zhuǎn)速為 86000r/min。 在 SolidWorks 中繪制 0掠角的 葉片的模型如下圖所示， 更改工作名稱和文件名（由于 ANSYS 軟件并沒有錯誤返回的功能，所以修改文件名和工作名能夠有助于增加具體操作過程中的容錯率） 更改文件名 ： 單擊 Utility menu 中的 File 再單擊 Jobname 將工作名改為 “ yepian” 修改工程的標(biāo)題 ： 單擊 Utility menu 中的 File 單擊 Change Title 圖 1： SolidWorks 中的 0176。葉片掠角的葉片模型 9 對不同類型的元素進(jìn)行甄選 選擇正確的元素種類才能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行正確的網(wǎng)格劃分，從而進(jìn)行有限元的模態(tài)分析，這里我們根據(jù)參考文獻(xiàn)中給出的元素種類選擇 solid186 元素。 單擊 Main Menu 中的 Preprocessor 單擊 Element Type 單擊 Add/Edit/Delete 單擊 Structural Solid 選擇 Solid 186 單擊 ok， 對材料的參數(shù)進(jìn)行輸入因?yàn)檫M(jìn)行分析的模型是葉片的模型所以要對葉片的材料參數(shù)進(jìn)行輸入 ， 而定義材料的過程中彈性模量和密度是區(qū)別不同材料的重要參數(shù) 。 輸入 材料的彈性模量 EX 單擊 Main Menu 中的 Preprocessor 單擊 Material Props 單擊 Material Models 單擊 Structural 單擊 Linear 單擊 Elastic 選擇 Isotropic 輸入 彈性模量 EX＝ *105 輸入 泊松比 PRXY＝ 定義材料的密度 DENS 單擊 Main Menu 中的 Preprocessor 單擊 Material Props 單擊 Material Models 單擊 density 輸入 DENS =7720 導(dǎo)入葉片模型 單擊 Utility menu 中的 File 單擊 Import 單擊 Parasolid 選擇葉片模型文件導(dǎo)入，如下圖所示： 10 圖 2： 0176。葉片掠角的葉片模型導(dǎo)入 ANSYS 劃分網(wǎng)絡(luò) 單擊 Main Menu 中的 Preprocessor 單擊 Meshing 單擊 MeshTool 首先設(shè)置網(wǎng)格的全體屬性 單擊 Size Controls 中的 Global 中的 Set 鍵 ， 接著會 彈出 Global Element Sizes 對話框 ，在這里 Element edge Length 輸入值為 1。 這一步就將總體的網(wǎng)格的大小給出了一個寬泛的值，這樣就能夠?qū)W(wǎng)格進(jìn)行進(jìn)一步的分析。 單擊 Size Controls 之中的 Lines， 然后會彈出 Element Size on Picked Lines 的 選取線的 對話框。 然后在原模型中單擊葉片邊緣輪廓上的線進(jìn)行選擇 。繼續(xù)單擊 ok， 然后會彈出 Element Size on Picked Lines 彈出框 ， 在這個輸入框中 No. of element divisions 輸入值為 1。這樣就能夠?qū)?網(wǎng)格的具體大小進(jìn)行劃分，劃分線網(wǎng)格能夠在這個基礎(chǔ)上進(jìn)行更加細(xì)化的分解。 然后接下來就可以開始設(shè)置劃分網(wǎng)格類型了 。 在 Mesh 菜單中 下拉框中 選擇分網(wǎng)格的類型 為 Area， 而在 Shape 選單中選擇 Quad， 默認(rèn)分網(wǎng)的方式為 Free。 11 開始劃分具體的網(wǎng)格 。 單擊 MeshTool 之后，在彈出的選項(xiàng)框中單擊 Mesh按鈕， 這時會接著出現(xiàn) Mesh Aeras 的選擇對話框 。 這時只需用鼠標(biāo)單擊葉片的表面 ，單擊 ok 鍵即可完成分網(wǎng)格。 網(wǎng)格劃分如下圖所示： 圖 3：離心式壓氣機(jī)的葉片的網(wǎng)格劃分 由于 葉片 的運(yùn)行狀態(tài)是繞一個固定軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所以要對其施加合適的約束 ， 在默認(rèn)的坐標(biāo)系中是無法完成這項(xiàng)操作的 ， 所以接下來我們引入柱坐標(biāo)的定義 。ANSYS 軟件 中 有著默認(rèn)的定義坐標(biāo)系的規(guī)則 ， 變化坐標(biāo)是需要將柱坐標(biāo)的軸和相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸重合 ， Y方向的坐標(biāo)表示轉(zhuǎn)角 ， X 方向的坐標(biāo)表示變化 。 而 ANSYS軟件中的默認(rèn)的情況并不能完全滿足這種情況 ，所以這里需要一些操作來完成結(jié)果，需要創(chuàng)建一個 Z軸為旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)系 。 柱坐標(biāo)的變換過程： 選擇 Utility Menu 單擊 WorkPlane 再單擊 Offset WP by Increments， 然后會出現(xiàn) Offset WP 的選項(xiàng)框，滑動 Degrees 的調(diào)整器 ， 可以 將 Degrees 變 12 為 90 ，這樣就相當(dāng)于轉(zhuǎn)動 90176。 。單擊 按鈕， 即時將原坐標(biāo)系沿著 Y軸的方向轉(zhuǎn)動 90176。 ， 接著單擊 ok 按鈕， 即能夠使原來的坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)軸和 Z軸重合 。 然后將原來的坐標(biāo)系和工作的坐標(biāo)系相關(guān)聯(lián)。 選擇 Utility Menu 單擊 WorkPlane 單擊 Local Coordinate Systems 單擊 Create Local CS 單擊 At WP Origin， 接著會出現(xiàn) Create Local CS at WP Origin 的選項(xiàng)框 ， 在 Ref number of new coord sys 輸入框中輸入 11， （ 11 基本上是默認(rèn)值，可以設(shè)置成別的值） 。 接著單擊 Type of coordinate system 的選項(xiàng)中單擊選擇 Cylindrical 1，之中的其余設(shè)置均可使用默認(rèn)值，最后單擊ok。 這樣就可以將原本的坐標(biāo)系進(jìn)行變化使其能夠?qū)Ω鞣N約束的狀態(tài)進(jìn)行分析。 接著 將所有節(jié)點(diǎn)移到當(dāng)前柱坐標(biāo)系中。 選擇 Main Menu 單擊 Preprocessor 單擊 Modeling 單擊 Create 單擊 Nodes 單擊 Rotate Node CS 單擊 To Active CS 接著會出現(xiàn) Rotate Nodes into CS 選項(xiàng)框 。 然后再選擇 pick all 的選項(xiàng) ，這樣的操作就能夠使所有的點(diǎn)都在柱坐標(biāo)系中激活。然后再 進(jìn)行靜力分析 ，假設(shè)在葉片的運(yùn)行過程中只有離心力的 作用 ， 然后接著對葉片的離心力的值進(jìn)行定義 。 選定分析的類型和種類 Main Menu 中單擊 Solution 單擊 New Analysis 再選擇 “ Static” Menu 單擊 Solution 單擊 Sol’n Controls ， 這時會彈出 Solution Controls 選項(xiàng)框 。 選擇 Basic 的選項(xiàng) ， 在 Calculate Prestress effects 的框前空格出單擊選擇 。 然后打開應(yīng)力操作的菜單， 單擊 OK。 13 圖 4： ANSYS 中的求解控制設(shè)置 對葉片所受的轉(zhuǎn)速影響進(jìn)行定義 在本課題中采用的是葉片的模型 ， 葉片的安裝和固定情況應(yīng)該是在寬度較大的一邊進(jìn)行固定 ， 所以在寬度較大的一邊施加載荷進(jìn)行固定而別的方向并不參與固定 。 在葉片的轉(zhuǎn)動過程中會產(chǎn)生各個載荷 ， 所以更要在分析之前對轉(zhuǎn)速進(jìn)行定義 ， 步驟如下 ： 選擇 Main Menu 菜單中國 單擊 Solution 再 單擊 Define Loads 再 單擊Apply 再 單擊 Structural 再 單擊 Displacement 再 單擊 On Nodes， 然后會彈出 Apply U,ROT on Nodes 的選項(xiàng)框 ， 這時單擊選項(xiàng)框中的 Nodes 鍵 ，選用 點(diǎn)狀的 選擇方式。 然后將鼠標(biāo)放在邊界附近 ， 逐一點(diǎn)選邊界上的相應(yīng)的點(diǎn) 。 這樣的操作會將所有需要定義的點(diǎn)進(jìn)行約束 ， 后續(xù)的約束的力和轉(zhuǎn)速也會在上 。 接著選擇單擊 ok按鈕， 然后會出現(xiàn) Apply U,ROT on Nodes 選項(xiàng)框 ， 在菜單中的DOFs to be constrained 列表中進(jìn)行勾選 UY， UZ 兩個 不同方向 自由度， 這一 14 步表示分別對 Y 和 Z 的兩個方向進(jìn)行約束 。 然后在 Displacement value 的對話框中鍵入 0。 接著對轉(zhuǎn)速進(jìn)行施加 選擇 Main Menu 中然后 單擊 Solution 再 單擊 Define Loads 再 單擊 Apply 再 單擊 Structural 再 單擊 Inertia 再 單擊 Angular Velocity 再 單擊 Global，然后會出現(xiàn) Apply angular velocity 的菜單欄 ， 在這之中的 Global Cartesian Xp 的輸入 框中輸入 9010， 這表示輪盤的速度用弧度制來表示9010 弧度 /秒。 然后選擇 ok 按鈕， 最終完成對轉(zhuǎn)速的施加 。 進(jìn)行計(jì)算 選擇 Main Menu 然后 單擊 Solution 單擊 Current LS 接著會彈出如下的文本框， 可得如下圖所示計(jì)算參數(shù)： 圖 5：葉片固有頻率的計(jì)算參數(shù) 進(jìn)行模態(tài)狀態(tài)的分析 改變分析的類型 選擇 Main Menu 再 單擊 Solution 再 單擊 Analysis Type 再 單擊 New Analysis 再選擇 Modal 15 設(shè)置分析的選型參數(shù) 選擇 Main Menu 再 單擊 Solution 再 單擊 Analysis Type 再 單擊 Analysis Options 接著會出現(xiàn)模態(tài)分析的相關(guān)菜單欄，然后在出現(xiàn)的框中 ， 選擇 Mode extraction method 選擇 Block Lanczos， 然后將 No.