4.2 叶片的振型分析比较

　　叶片弯曲振动是叶片绕惯性轴产生的弯曲的振动，在叶片生出现一条横节线振型的振动为一阶弯曲振动，对应的频率为一阶弯曲振动频率，出现两条横节线振型的振动为二阶弯曲振动，对应的频率为二阶弯曲振动频率，其余类推。一阶弯曲振动也称为基本阶振动，其特点是节线靠近叶片根部，它是发动机中常见的叶片振动现象，要给予足够的重视[4]。

　　叶片扭转振动是叶片绕截面扭心线扭转，出现有纵向节线的振动。在叶片上出现一条纵向节线和一条靠近叶根的横向节线的振动称为一阶扭转振动，对应的频率为一阶扭转振动频率，一阶扭转振动也常出现在叶片中，故也危险。

　　复合振动通常为弯曲振动与扭转振动的合成振动。复合振动较为复杂，振动频率较高，常出现不规则振型，往往还伴随着较高的局部应力，因为在实际工程中，发动机的实际叶片一般都是扭转形状的变截面叶片，发动机叶片出现高频复合振动也应引起重视。

　　4.3 工作叶片强度刚度分析

　　要进行强度刚度分析，分析出工作叶片应力分布和径向位移大小。工作叶片是压气机中极为重要的零件，其设计的好坏直接关系到发动机性能的优劣和使用安全，在实际使用中，由于叶片的破坏而造成的发动机失效的例子屡见不鲜，因此在压气机改进减重设计中必须进行强度刚度分析。进行叶片强度分析，分析出最大应力及其位置；同时进行刚度分析，并分析出其径向位移，防止工作叶片与压气机机匣发生挂磨。

　　进行比较分析，两种材料的其最大应力位置与最大径向位移位置相近。

　　4.4 叶片离心力及轮盘预紧应力分析

　　通过支反力的求法，利用ANSYS软件，求出叶片离心力；利用等效应力效果，求出轮盘预紧应力。

　　4.5 轮盘应力和径向位移分析

　　将叶片的离心载荷以及轮盘之间的预紧应力载荷以及轮盘自身的离心载荷全部施加在轮盘上，进行轮盘的强度刚度分析。为避免发生刮磨。对篦齿处最大径向位移进行分析。

　　预紧应力的施加采取等效的方法，即先施加一定的压力使其产生特定的位移，然后将其压力与其他载荷同时耦合作用在轮盘上。

　　榫槽处为关键部位，当应力超过材料的屈服极限时，需要单独进行强度分析。榫槽部分进行等分切割，计算采用20节点Solid 95单元，该单元为SOLID45（3维8节点）的高阶单元形式，能够容许不规则形状，并且不会降低精确性，特别适合边界为曲线的模型，同时，其偏移形状的兼容性好，在空间的方位任意，本单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形以及大应变的能力。

　　4.6 综合性能指标

　　通过以上的振动分析以及强度刚度分析，以及材料特性的比较分析， TC11的各项性能均由于1Cr11Ni2W2MoV。主要技术参数比较见表1。

　　5 结论与意义

　　通过ANSYS软件对该压气机减重的强度设计分析，确定叶片和轮盘的高应力区域和最大应力点位置，进行局部优化设计，并确定振动特性和径向位移特性。为压气机减重提供了理论依据，减少了高昂的费用，缩短了分析周期，提高优化设计分析能力，节省大量的试验费用。同时为今后同类产品的优化设计积累了重要经验。

　　【参考文献】

　　[1]航空发动机设计手册：叶片轮盘和主轴强度分析[M].航空工业出版社，2001.

　　[2]中国航空材料 结构钢 不锈钢（第1卷）[M].中国标准出版社，1988.

　　[3]中国航空材料 钛合金 铜合金（第4卷）[M].中国标准出版社，1988.

　　[4]航空发动机设计手册：压气机[M].航空工业出版社，2001.

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