Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ТДУ

Проф. В.А.Рассохин

"____" ________ 2010 г.

РАСЧЕТ СОБСТВЕННХ ЧАСТОТ И ФОРМ КОЛЕБАНИЙ

ПРОФИЛЬНОЙ ЧАСТИ РАБОЧЕЙ ЛОПАТКИ.

Методические указания по курсу

«Динамика и прочность энергетических машин»

Составлено кафедрой «Турбинные двигатели и установки».

Автор Кондратьев В.Ф.

Санкт-Петербург

2010 г.

Введение

Профильная часть рабочей лопатки является колебательной системой с распределенными параметрами. Такая колебательная система имеет бесконечное множество собственных частот. Каждой собственной частоте соответствует определенная форма колебаний. Собственные частоты и формы колебаний зависят от геометрии лопатки и от граничных условий.

Представлена методика расчета собственных частот и форм колебаний профильной части рабочей лопатки. Предполагается, что лопатка находится под действием нагрузки от центробежных сил. Известно, что под действием нагрузки от центробежных сил собственные частоты профильной части изменяются.

Сделано допущение, что лопатка жестко закреплена в корневом сечении. Для упрощения построения модели входная и выходная кромка подрезаны.

Последовательность действий при выполнении численного моделирования.

При моделировании колебательной системы необходимо выполнить следующие действия:

1. Разработать расчетную модель профильной части рабочей лопатки..

2. Запустить программу ANSYS.

3. Выполнить предустановки в программе.

4. Задать тип конечных элементов.

5. Задать физические свойства конструкционного материала.

6. Построить геометрическую модель профильной части рабочей лопатки.

7. Задать размер конечных элементов.

8. Создать конечные элементы.

9. Задать граничные условия.

10. Задать частоту вращения ротора относительно оси.

11. Запустить программу для выполнения необходимых расчетов.

12. Выполнить анализ результатов расчета с помощью постпроцессора.

Разработка расчетной модели.

Расчетная модель профильной части рабочей лопатки разрабатывается на основе данных, полученных при расчете закрутки лопатки. Профили лопатки в пяти сечениях по высоте должны быть построены по треугольникам скоростей и заданы координатами точек в системе координат, представленной на рис. 1. Ось Y совпадает с осью вращения ротора и направлена по потоку. Ось Z перпендикулярна оси Y и проходит через центр тяжести корневого сечения рабочей лопатки. Ось X перпендикулярна плоскости YZ и направлена к нам. Центры тяжести всех сечений лопатки лежат на оси Z.

На выпуклой и на вогнутой поверхности каждого профиля должно быть задано по пятнадцать точек. Необходимо обратить внимание, чтобы точки были равномерно распределены по контуру профилей.

Запуск программы ansys.

Прежде, чем запускать программу ANSYS, необходимо создать рабочую папку на диске D. В эту папку будут записываться все файлы, которые создаются при работе программы. В имени папки должны содержаться только латинские буквы.

Для запуска программы ANSYS используется левая кнопка мыши

Пуск > Ansys > Ansys Product Louncher .

Появится окно <Product Louncher>.

Нажмите левой кнопкой мыши на кнопке Browse и в открывшемся окне найдите и выделите имя рабочей папки. Затем нажмите OK. Папка должна прописаться в окне <Launcher>. Далее нажмите кнопку <Run>. В результате запустится программа ANSYS.

Задание предустановок в программе Ansys.

В главном меню программы ANSYS найдите строку <Preference> и щелкните на ней левой кнопкой мыши. В появившемся окне щелкните на радиокнопке <Structural>, а затем закройте окно, щелкнув на кнопке <OK>. Необходимая предустановка выполнена.

Задание типа конечных элементов.

Различные типы конечных элементов в ANSYS отличаются по своей геометрии и обладают разными свойствами. Надо выбрать такой тип конечных элементов, который соответствует конкретной решаемой задаче.

От выбора типа конечных элементов зависит то, как будет выглядеть расчетная модель на графическом окне программы. Для данной задачи наиболее подходящим типом конечных элементов является SOLID45.

При создании модели профильной части рабочей лопатки в данном примере используются конечные элементы типа SOLID45.

Свойства выбранных конечных элементов можно детально изучить в разделе Element Reference в главе Help.

Выбрать

Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete.

Появится окно <Element Type>. В этом окне щелкнуть левой кнопкой мыши на кнопке <Add>. Появится окно <Library of Element Types>. В левой части окна левой кнопкой выделить <Solid>, в правой части выделить <Brick 8node 45>. Левой кнопкой щелкнуть <OK>. В окне <Element Types> пропишется тип конечных элементов Solid45. Чтобы закрыть это окно, надо щелкнуть левой кнопкой мыши на кнопке <Close>.