风机叶片外物损伤的模拟与分析于亚彬中国航天科工集团第总体设汁部陈伟南航宁肮天人7能源与动力学院米用有限兀程序180对风机金属块撞击风机叶片的非线性瞬态响应进行了数值仿真研究，结果明接触冲击算法能较为真实反映风机叶片金属块撞击过程；金属块质量不同和在不同的进气速度条件下金属块撞击风机叶片时，叶片响应都有较大的差心1引言风机的工作环境有很多场所相当恶劣，风机很容易吸入金属块石块冰块等外物，以至于损伤风机的叶片或进气道，从而造成风机性能下降，甚至打断叶片使风机平衡破坏，导致事故进步扩大，影响正常使用。以往风机的设计和校核主要考虑静强度，且多采用简化的力学模型进行力学计算，并未进行风机的外物损伤研究，本文针对某吧风机进行了金柬块撞击响应分析，目的在于评定叶片受撞击后的损伤情况以及分析对叶片撞击响；影响的1贤因素。

　　叶片的外物撞击问，是个非线性冲击动力学的问。是高应变率大变形非线性碰撞现象，这是个复杂的过程。现在由于动态材料本构关系已，得1进展。已山现了较成熟的本构模型。本文采用具有断裂失效模型的弹塑性材料模型，较成功地描述了金属材料的应力应变关系。采用大型非线性130有限元程序，以维模型动态±也模拟了这过程。模拟结果可为叶片的抗外物损伤设计方案提供很好的理论指导。

　　2维非线性有限元方程对非对称的维问，只有采用维应力波的描述方法才能较真实地模拟高速碰撞过程应力波的传播对两个高违碰揸接触物休组成的体系根据连续介质力学原理，该过程必须得保持能量守恒动量守旦和妨量守旦米。2描述法，根扼虚功原理，高速碰撞系统中的控制方程为力内力和外力的虚功。质点位移，为加速反分，为当前构形的碰撞系统本积和密度，边界上的面力载荷。将上式有限元离散化，得到离散与程为2式⑵电从为集中质腠阵为内力矢量为夕力矢量⑴和分别为加速度矢量，移矢量和，度矢量彡式和材料的本构方程起构成的全嗔方程1为删童系统的竞阳。

　　3本构关系的描述对被冲击的叶片材料，可采用塑性随动硬化本构模型3.它适用于塑性破坏和高应变率材料的碰撞损伤问，考虑了材料的应变率，并带有破坏断裂模型。该模型的动态屈服应力为4计算分析0盍人是个大型显分析程序，对碰撞等问0作为主要分析工具对风机叶片外物撞击问进行了数值计算分折。计算结果较好地模拟了螺柃撞击风机叶片的过程。为了简化问假设叶片静止，励在螺栓上的速度为折合速度4.1计算模型与说明风机风筒内径为，908出，厚度为进气向长0.3，叶片长，33加厚度0.。广村速为1500，模型共包括37885个实体单元，材料取典型的塑性随动硬化模型。

　　采用有限分析软件域38150提供义不同部件间的接触来实现接触力和能量的传递。

　　米用点对面101；的接触方式。定义螺栓与叶片的接触，其中叶片为目标体，螺栓为接触体，从而实现螺栓撞击叶片的模拟，假设撞击过程无阻尼无摩擦。螺栓撞击风机叶片的有限元模型如4.2计算结果与分析为了考察螺栓撞击风机叶片的过程，以下给出螺杜以+训的速役柿山风机叶片的过应变率f有效塑件应变V失效塑性应变，判断材料是否失效断裂，如，实际应变欠于尖效，变村料就失效Br塑性硬化模量程意，3.3区域应力*大，=0.64038时刻叶片上到了片榫头部分，=0.001368时刻螺栓对叶片冲击损伤达到*大，可以看出应力区域已经传播到轮毂上；10.001时刻螺栓反弹。撞击结束。

　　50870出8和10，1时以及不同质量螺栓撞击叶片条件下，叶片主要撞击区域8334号节点的塑性应变的时间历程。6给出了10螺栓撞击叶片尖部中部和根部条件下主要撞击区域节点的塑性应变，间历程，7为164螺栓以5，18速度撞叶片条件下，叶片主要撞击区域8334号节点应力时间历代，为砹，简主耍撞击1域节点塑性应由4可知，随着撞击时间的增加，叶片主要撞击区域8334号节点的塑性应变由，逐渐，大，*后达到*大直到撞击结束且保持不变。该节点*大塑性应变随螺栓撞击速度的，大而增大。由5可知对于祖0和添20的螺栓撞击下，8334号节点的塑性应变为零，俣4螺栓撞击下，该点的*大塑性应变为0.0056.由6可知，叶片主要撞击区域*大塑性应变随螺栓撞击部位的不同而不同，撞击叶片尖部时*大，撞击叶片根部时*小。由上述分析可知相同条件下，螺栓撞击叶片的速度越大，撞击对叶片产生厂的损伤越大；1条件。撞位置越接近叶片尖部，撞击对叶片产生的损伤越大。

　　5结束语针对某型风机的外物损伤问，应用大型非线性有限元方法成功地模拟了螺栓撞击风机的响应过程，数值结果可以为风机叶片抗外物损伤设计提供指导。为了更准确地评估外物对风机叶片的损伤，需要进步开展转动叶片外物损伤的模拟工作。

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　　l2j爱俊，乔新，厉蕾等。飞机座舱风挡层合玻璃弹穿有限元分析。南京航空航天大学学报，199304.

　　16不同揄山。位叶片主要柿击区域节点塑性应变时间历程