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軸流風葉以其風量大的特性，在空調(diào)器室外機中得到了廣泛應用。隨著空調(diào)產(chǎn)品中冷凝器換熱性能的不斷提高，軸流風機運行轉速隨之提高，因此對軸流風葉的強度要求也不斷提高。在行業(yè)中通常以高速運轉試驗檢驗軸流風葉的強度，即風葉在實際使用最高轉速的2-v3倍轉速運行5-v10min，以風葉是否出現(xiàn)結構損壞的標準檢驗軸流風葉的強度分析，然而在高轉速運行過程中，軸流風葉葉片撕裂和破碎現(xiàn)象比較常見。針對空調(diào)器產(chǎn)品用軸流風葉的破裂問題和強度影響因素進行分析，基于有限元仿真分析對軸流風葉進行結構優(yōu)化，解決其破裂問題，提高風葉強度，增強空調(diào)器產(chǎn)品的市場競爭力。
軸流風葉在旋轉時，葉片主要受到離心力和由氣流流動引起的氣動載荷的作用。在風葉高速運轉時離心力遠大于氣動載荷，因此離心力為風葉高速運轉時的主要載荷。離心力和由它引起的應力在風葉葉尖位置為零，且向葉根逐步增大，到葉片根部時達到最大值。如圖所示，作用在葉片上的總離心力。
某空調(diào)器用軸流風葉在高速運轉時葉根出現(xiàn)斷裂，導致整個風葉破碎，破裂樣件如圖所示。風葉材料為AS-GF20，材料密度為1.16kg/m3，材料拉伸強度極限為108MPa，破裂轉速v=2200r/minx為找到風葉破裂原因，利用ANSYS Workbench軟件建立了風葉高速運轉的有限元分析模型，按實際運行情況對風葉進行旋轉約束，即約束其軸向和徑向自由度，保持其周向轉動自由度，施加轉速載荷。風葉材料ASF20為塑性材料，塑性材料通常適用于第三強度理論(最大切應力理論)和第四強度理論(畸變能理論)。
采用第四強度理論，如式所示，對軸流風葉進行強度評估，即通過等效應力或等效應變評估風葉強度性能。通過計算，風葉的最大應力出現(xiàn)在葉片根部與輪毅連接的加強筋處，最大應力為148.2MPa，超過了材料的拉伸極限(108MPa)，葉根附近其他通過對比風葉破裂樣件與分析結果，最大應力位置和風葉破裂位置一致，說明風葉破裂的主要原因為風葉葉根加強筋位置的應力集中，同時驗證了有限元分析模型的準確性。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結構優(yōu)化│技術服務與解決方案
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