赵小刚
（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300）
【摘 要】论述了模态分析在叶片结构设计中的重要性，建立了叶片的三维模型，采用ANSYS软件进行了模态分析，并对计算结果进行了分析，对叶片结构设计及优化有一定的意义。
教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 叶片；ANSYS；模态分析；固有频率
※基金项目：“基于Pro/e风量调节机构的仿真与分析”（Gfy13-12）。
作者简介：赵小刚（1981—），男，汉族，陕西户县人，工学学士，陕西国防工业职业技术学院，讲师，研究方向为机械CAD/CAM。
0 引言
模态分析是确定系统振动特性的一种技术，它关注的是系统自身基本的动力特性，是所有动力学分析中最基础的部分。
叶片工作过程中冲击和振动不可避免，叶片的振动特性直接影响调节机构的动力特性，因此对叶片进行振动分析是评判调节机构运动特性的重要指标。本文采用有限元分析方法，对于风量调节机构的叶片的动力特性进行了分析计算。
1 建立叶片计算模型
论文在第三章中已采用Pro/E软件完成了风量调节机构所有零件的三维建模及整机装配，本章将Pro/E中将建立的.PRT文件模型另存为.iges格式后导入到ANSYS13.0中，并重新进行关键点合并、实体产生、小面积的删除等处理，以得到准确的计算模型。将Pro/E中建立的模型导入到ANSYS13.l后，利用ANSYS13.1的模态分析功能对主要零件及结构做模态分析。所建立的叶片的计算模型如图1所示。
2 网格划分
鉴于高阶三维实体单元SOLID187适合于CAD中不规则的复杂模型，单元具有塑性、高弹性、蠕变、膨胀应力刚化、大变形、大应变等功能。因此本文选择单元库中的Tet 10node 187作为叶片的实体单元。叶片的材料采用45钢，材料属性中弹性模量
、泊松比μ=0.3、密度
。考虑自由网格划分对于单元形状没有限制，也没有特殊的规则，实体模型的构建很简单，故对所建立的计算模型进行自由网格划分，得到有限元模型如图2所示。
3 建立计算边界条件
计算边界条件如图3。边界条件施加的坐标系见4。坐标系为圆柱坐标系。在与叶片垂直的表面施加均布载荷约束。
4 加载和求解
加载即施加约束，主要是定义对节点自由度的限制。针对结构特点和分析要求，本文通过Define Loads设置约束，首先将约束面设置为叶片旋转端的轴表面，并约束所有自由度，（对话框中选择ALL DOF）。在求解之前，先设定分析类型为模态(moda1)分析，并选择block lanczos作为模态提取方法。由于低阶模态在结构动力学分析中作用更为突出，因此在模态级数和模态扩展数文本框中输入6，再进行求解。通过求解计算，即可获得叶片的6阶模态的固有频率，如表1所示。求解完成后，采用ANSYS的后处理功能，可读取求解结果，显示结果图形或列表显示结果。叶片分析计算结果汇总如表1所示。叶片各阶模态及振型如图5-图10所示。
5 结论
计算结果表明，所设计的风量调节机构叶片的1-6阶固有频率远远避开驱动端转速和非驱动端转速，不会发生共振。风量调节机构的动力特性良好。
［责任编辑：汤静］