[发明专利]一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法

权利要求书

1.一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于，包括气动激振力分析、气动阻尼分析以及叶片振动响应分析三个部分，具体包括以下步骤：

步骤S1、采用非线性谐波法对叶片流道内的流场进行非定常分析，获得叶片表面所受的非定常载荷，通过傅里叶变换对非定常结果进行频谱分析，根据不同频率对应的幅值，根据振幅从大到小顺序提取若干阶关键频率及其对应载荷来模拟原流场，通过流固耦合接口程序，获得叶片表面所受的气动激振力；

步骤S2、基于能量法和弱流固耦合分析法，对叶片以及其流道的流场进行流固耦合分析，对叶片进行模态分析，获得各阶固有频率与振型，编写动网格控制程序使得流体域内的叶型边界面以叶片的各阶固有模态形式做周期运动，通过气动阻尼积分计算程序，获得气动力对叶片所做的气动功，根据能量等效原理获得叶片的各阶模态气动阻尼比；

步骤S3、基于步骤S1获得的叶片表面的气动力激振力和步骤S2获得的叶片各阶模态气动阻尼比，采用模态叠加法对叶片进行振动响应分析。

2.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于，所述步骤S1中对叶片流道内流场进行非定常分析过程中，所述流场非定常分析的对象为整圈流道，流场进口输入条件包括轮盘转速、总温、总压边界条件，出口输入条件包括静压边界条件，并且进口总温、总压和出口静压边界条件都以特定的函数形式随时间变化。

3.根据权利要求2所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于，所述流场非定常分析采用的计算软件为NUMECA。

4.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于，所述步骤S1中所述的流固耦合接口程序，采用插值法将流场计算得到的气动激振力加载到固体叶片上。

5.根据权利要求4所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于，所述步骤S1中所述的流固耦合接口程序，采用MATLAB以及ANSYS APDL二次开发语言编写。

6.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于，所述步骤S2中的动网格控制程序，由MATLAB语言编写，将叶片固体域网格各个节点的运动幅值按照振型向量设置后，采用插值法加载到流体域的流固耦合边界面的网格节点上，从而控制流体域的流固耦合边界面运动。

7.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于：步骤S2所述的气动阻尼积分计算程序，由MATLAB语言编写，将叶片振动的一个周期分为100个时间步，每个时间步内各个节点的位移与气动力的乘积即为气动力所做的气动功；将流固耦合边界面上所有节点、所有时间步的气动功累加，得到叶片振动一个周期内气动力对整个叶片所做的气动功。

8.根据权利要求1所述的一种基于流固耦合的叶片振动响应分析方法，其特征在于：所述步骤S2中计算叶片各阶气动阻尼比时，阶数不低于6阶。