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軸流式壓縮機(jī)是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將氣體從軸向吸入，氣體獲得速度后排入導(dǎo)葉，再經(jīng)擴(kuò)壓后沿軸向排出的一種速度型壓縮機(jī)，其阻力損失小，流量大，效率高，因而廣泛應(yīng)用于石化、冶金等行業(yè)。從該類型壓縮機(jī)在工程上發(fā)生的諸多事故來(lái)看，很大一部分是由于葉片斷裂引起的。軸流式壓縮機(jī)的葉片是軸流式壓縮機(jī)關(guān)鍵部件之一，同時(shí)也是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，葉片的強(qiáng)度和振動(dòng)特性是設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的2個(gè)問(wèn)題。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的高速發(fā)展，越來(lái)越多的學(xué)者采用數(shù)值方法來(lái)預(yù)測(cè)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的這2大特性，其中以有限元計(jì)算居多。
對(duì)葉片進(jìn)行有限元分析之前必須建立其CAD實(shí)體模型，由于葉片的外形一般是由比較復(fù)雜的自由曲面包絡(luò)而成的零件，因此應(yīng)合理選擇模型建立的方法和過(guò)程，使其CAD實(shí)體模型較為準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)化為有限元分析系統(tǒng)所需要的幾何模型。
針對(duì)目前有限元分析軟件通常不具備強(qiáng)大的實(shí)體建模能力的狀況，我們將探討采用參數(shù)化建模軟件(Solidworks)構(gòu)造某軸流式壓縮機(jī)葉片三維實(shí)體模型的關(guān)鍵技術(shù)，為后續(xù)精確轉(zhuǎn)換成有限元分析系統(tǒng)所需要的幾何模型提供必要條件。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)具體葉片結(jié)構(gòu)，對(duì)CAD軟件(Solidworks)和CAE軟件(ANSYS)之間的接口類型及轉(zhuǎn)換方法做了詳細(xì)分析，提出了將CAD系統(tǒng)下所創(chuàng)建的葉片幾何模型轉(zhuǎn)化為有限元分析系統(tǒng)所需要的幾何模型的方法和注意問(wèn)題，并成功地實(shí)現(xiàn)了模型的轉(zhuǎn)換，同時(shí)在ANSYS系統(tǒng)下對(duì)所轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行了網(wǎng)格剖分，建立了有限元分析模型，結(jié)果表明該方法可行。
對(duì)于扭曲型葉片，一般是根據(jù)壓縮機(jī)性能要求以及進(jìn)出口壓力、速度和效率等參數(shù)，應(yīng)用流體分析軟件(CFD)，經(jīng)過(guò)流場(chǎng)計(jì)算，得到在葉片高度方向上的一系列橫截面的離散數(shù)據(jù)，即流場(chǎng)部分點(diǎn)的三維坐標(biāo)值，根據(jù)這些坐標(biāo)值來(lái)建立葉片的實(shí)體幾何模型。
建模時(shí)，通常將葉片截面型線內(nèi)、外弧的型值點(diǎn)坐標(biāo)值以文本文件形式輸入計(jì)算機(jī)，每一行對(duì)應(yīng)1個(gè)型值點(diǎn)的X、Y、Z坐標(biāo)值。在Solidworks中采用“插入”→“曲線”→“通過(guò)自由點(diǎn)的樣條曲線”命令插入每一截面的內(nèi)、外弧曲線型線，建立葉片的三維CAD模型。
在三維實(shí)體造型軟件中建立的葉片三維實(shí)體模型，當(dāng)導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)時(shí)，由于表達(dá)方式和轉(zhuǎn)換軟件的問(wèn)題，會(huì)產(chǎn)生葉身不成體等沒(méi)有完全轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，一邊無(wú)線，即在Solidworks系統(tǒng)或其他三維實(shí)體造型系統(tǒng)中是實(shí)體，但在ANSYS系統(tǒng)中不是實(shí)體，這樣就無(wú)法繼續(xù)建立有限元分析模型，因此在保證不改變流場(chǎng)要求的情況下，必須對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。
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