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空调器轴流风叶强度分析与优化

发布于:2016-02-12 21:22
强度分析

      轴流风叶以其风量大的特性,在空调器室外机中得到了广泛应用。随着空调产品中冷凝器换热性能的不断提高,轴流风机运行转速随之提高,因此对轴流风叶的强度要求也不断提高。在行业中通常以高速运转试验检验轴流风叶的强度,即风叶在实际使用最高转速的2-v3倍转速运行5-v10min,以风叶是否出现结构损坏的标准检验轴流风叶的强度分析,然而在高转速运行过程中,轴流风叶叶片撕裂和破碎现象比较常见。针对空调器产品用轴流风叶的破裂问题和强度影响因素进行分析,基于有限元仿真分析对轴流风叶进行结构优化,解决其破裂问题,提高风叶强度,增强空调器产品的市场竞争力。
      轴流风叶在旋转时,叶片主要受到离心力和由气流流动引起的气动载荷的作用。在风叶高速运转时离心力远大于气动载荷,因此离心力为风叶高速运转时的主要载荷。离心力和由它引起的应力在风叶叶尖位置为零,且向叶根逐步增大,到叶片根部时达到最大值。如图所示,作用在叶片上的总离心力。
      某空调器用轴流风叶在高速运转时叶根出现断裂,导致整个风叶破碎,破裂样件如图所示。风叶材料为AS-GF20,材料密度为1.16kg/m3,材料拉伸强度极限为108MPa,破裂转速v=2200r/minx为找到风叶破裂原因,利用ANSYS WorkbenchApp建立了风叶高速运转的有限元分析模型,按实际运行情况对风叶进行旋转约束,即约束其轴向和径向自由度,保持其周向转动自由度,施加转速载荷。风叶材料ASF20为塑性材料,塑性材料通常适用于第三强度理论(最大切应力理论)和第四强度理论(畸变能理论)。
      采用第四强度理论,如式所示,对轴流风叶进行强度评估,即通过等效应力或等效应变评估风叶强度性能。通过计算,风叶的最大应力出现在叶片根部与轮毅连接的加强筋处,最大应力为148.2MPa,超过了材料的拉伸极限(108MPa),叶根附近其他通过对比风叶破裂样件与分析结果,最大应力位置和风叶破裂位置一致,说明风叶破裂的主要原因为风叶叶根加强筋位置的应力集中,同时验证了有限元分析模型的准确性。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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