3。2。1  发动机叶片的普通模态分析 18

3。2。2  确认发动机叶片的最佳材料 27

3。2。3  不同弹性模量材料的模态参数比较 28

3。2。4  厚度不同的叶片的模态分析 29

3。2。5  预应力下的模态分析（惯性力作用下的模态分析） 30

3。3  本章总结 31

第四章 谐响应分析 32

4。1  谐响应分析简单介绍 32

4。2  发动机叶片谐响应分析 32

4。3  本章总结 36

第五章 发动机叶片的动力学仿真分析 37

5。1  workbench 动力学分析简单介绍 37

5。2  发动机叶片以定角速度转动的动力学分析 37

5。3  发动机叶片以定角加速度运动的动力学分析 49

5。4  本章总结 51

结论 52

致谢 54

参考文献 55

第一章 绪论

1。1 课题研究工程背景

当今社会，叶片曲面结构在现代工业机械设备和生活的电器中已经得到了 充分的运用。例如：汽轮机叶片、船舶叶片螺旋桨、泵的叶片结构、以及电风 扇的叶片曲面等。在典型的动力学设备的设计过程中，大部分工程师都会采用 叶片曲面结构。航空设备中所用的各种各样的发动机，如图 1-1 所示的蜗扇发

动机以及船舶和各种泵所使用的汽轮机如图 1-2 所示，叶片结构都是其主要动 力构件之一，叶片的性能不仅对发动机的整体性能有着重要影响,同时会对发动 机叶片的效率、稳定性以及寿命产生影响。同时几乎所有的发动机转子叶片的 工作条件相当恶劣：发动机叶片的叶尖处线速度比较大。例如：当发动机叶片 的旋转速度较大时将引起发动机叶片将承受很大的离心力作用，同时由于叶片 的不对称引起离心力的分力将迫使叶片产生弯曲应力使叶片变形而引起叶片振 动；另外，叶片工作在不稳定的气流中，不稳定气流将会对叶片表面产生不稳 定的作用力使叶片发生振动现象；另外，由于叶片转速很快导致气流高速流过 叶面，往往气流中携带着各种各样的杂质，这些杂质高速运动会撞击叶片甚至 破坏叶片。同时，这些杂质会会对叶片表面产生腐蚀与磨损作用，使叶片结构 的厚度减小从而减小刚度使叶片更加容易变发生形，同时会降低表面粗糙度， 表面粗糙度越低越容易引起应力集中，从而使叶片更容易产生裂纹而使叶片破 坏。另外叶片变形改变叶片的振动频率增加了增加了发生共振的概率，降低叶 片的疲劳强度，在多次作用下可能导致叶片出现高周疲劳失效的现象。因此， 对于发动机叶片的设计，发动机叶片的结构优化与强度校核应得到足够的重视。 ANSYS 公司的 workbench 能高精度地模拟各种作用力对发动机叶片的影响，因 此本文将通过 workbench 对发动机叶片进行各种力学仿真分析。考虑 workbench 的 发 动 机 叶 片 动 力 学 仿 真 研 究 成 果 将 为 上 述 领 域 工 程 设 计 提 供 理 论 基 础,workbench 的广泛应用将对高新技术产业的发展、工业的现代化与自动化以 及人工智能设计的发展产生重要的社会价值。ANSYS 及其附带软件 workbench 具有高效及精确的计算机建模理论和计算方法,这些优秀的建模理论与方法将对 减少工程项目的成本、提高工程设计与优化的工作效率,减小各种工程项目的风