轴流散热风扇当其叶片较薄以及过分前掠,重心偏离散热风扇叶轮截面中心时,较高转速造成的离心力和不稳定进气流造成的散热风扇叶片升力的变动,很容易引发散热风扇叶片巨大振动。同时由于流固耦合,还极有可能造成散热风扇叶片的振飞,导致叶片磨损,风机效率大打折扣,并产生较大的气动噪声。

 

　　在散热风扇叶轮设计时有须要对其振动模态举行估算,但散热风扇叶片叶身是多平面,用常规理论无法求解,因此必须借用有限元模型来测算。ANSYS是知名的有限元分析软件之一,具有多种物理场的测算功能,可以很方便地举行模态分析;大型CAD系统软件UniGraphics具有丰富的曲面建模功能,非常适合于叶轮这种具有复杂曲面造型,建好的实体模型导入ANSYS即可举行模拟测算分析。

　a.1扇叶材料物理参数

 

　　输入ABS塑料材质的物理功能参数:密度分别为1.0×12-5g/mm3,动态模量为2.0MPa,误差比为0.27。

 

　　a.2选择单位范例

 

　　散热风扇叶轮形状为加厚不规则非平面结构,选用16节点的四面体单位solid92,该单位接纳二次位移模式,非常适合对形状不规则的实体分别有限元模型。为了对散热风扇扇区的两个隔断相对角度为90度的轮毂的剖面依次网格化计算,还选择了一种2d单位:MESH200单位,并设定单位形状参数为“trianglewith6nodes”(MESH200单位是固定的用来区别网格,实现网格占位功能,和多磁场单独计算)。

 

　　B叶轮CAD模型创建和接口导入

　

       

 

　　b.1 散热风扇叶轮基础参数

 

　　轴流散热风扇为注塑ABS塑料叶轮,一次性注塑加工完成，叶片数为4片,叶片50mm,叶片呈前掠状。工作转速为9600r/min,轮毂直径为14.7毫米,叶轮外径为520毫米。

 

　　b.2 多个模型建立方式

 

　　通过三角坐标xyz，测量得到叶片外貌型值点,将点阵毗连成弯曲面,并使用软件UG的曲面剪裁和拼图功能,将叶片的曲面一个个连起来。一旦所有曲面被拼接后就自动生成以各曲面为界限的实体。

 

　　散热风扇叶轮为循环对称结构,为加速有限元分析过程,使用ANSYS的循环对称分析功能,对每一个90°度角的散热风扇扇区举行求解计算。建模时使全局坐标系的Z轴与散热风扇叶轮的旋转x轴线对齐,建设完整散热风扇叶轮3d模型,然后用过散热风扇轴承轴线两个相互夹角为90°的两个平面切出四分之一的叶轮形态。

 

　　b.3导入至少3个散热风扇模型

 

　　能够将UG模型导入ANSYS的方法有3种,其中直接的模型数据互换的两种是:一是通过长度数值的数据表将CAD模型数据转入测算系统;别的是通过ANSYS为UG提供的专用连接器直接读入UG的prt文件;第三种借助UG的GFEMFEA功能实现。

 

　　这里导入的第二种办法,在依次选择File→Import→UG,再选取零件散热风扇文件即可。

 

C提前处理散热风扇和测算评估散热风扇