纤维增强复合材料叶轮对风机振动特性的影响研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20230328.008

复合材料科学与工程 ›› 2023, Vol. 0 ›› Issue (3): 53-58.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20230328.008

纤维增强复合材料叶轮对风机振动特性的影响研究

张锦光^1,2, 邓伟¹, 杨桢¹, 邱浩¹, 文湘隆^1,2

1.武汉理工大学机电工程学院,武汉 430070;
2.武汉理工大学先进材料制造装备与技术研究院,武汉 430070

收稿日期:2022-02-21 出版日期:2023-03-28 发布日期:2023-04-28
作者简介:张锦光(1966—),男,教授,主要研究方向为复合材料力学与结构设计,cfrp_204@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金(51975435)

Study on the influence of fiber reinforced composite impeller on the vibration characteristics of fan

ZHANG Jinguang^1,2, DENG Wei¹, YANG Zhen¹, QIU Hao¹, WEN Xianglong^1,2

1. School of Mechanical and Electronic Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China;
2. Institute of Advanced Material Manufacturing Equipment and Technology, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China

Received:2022-02-21 Online:2023-03-28 Published:2023-04-28

摘要/Abstract

摘要： 为探究不同材料叶轮对轴流风机振动特性的影响,通过研究不同铺层角度对纤维增强复合材料叶轮固有频率及阻尼比的影响,确定了叶轮铺层方案。计算了不同材料叶轮在额定工况下的安全裕度,结果表明纤维增强复合材料叶轮在运行过程中具有足够的安全裕度。采用谐响应分析方法,对安装有铝合金材料叶轮及纤维增强复合材料叶轮的风机在额定转速下的振动响应进行了对比分析,并对同一风机在仅更换不同材料叶轮的前提下进行振动试验。仿真与试验结果均表明,与装备有铝合金材料叶轮的风机相比,装备有碳纤维增强复合材料叶轮的风机在低频段范围内结构振动加速度级降幅明显,在高频段结构振动加速度级幅值较大。装备有玻璃纤维增强复合材料叶轮的风机全频段的结构振动加速度级均有较大降幅,减振效果显著。

关键词: 轴流风机, 纤维增强复合材料, 振动试验, 有限元分析

Abstract: In order to understand the influence of impeller of different materials on the vibration characteristics of axial flow fan, the impeller layup scheme was determined by studying the effects of different layup angles on the natural frequency and damping ratio of fiber reinforced composite impellers. The safety margins of impellers of different materials under rated conditions are calculated, and the results show that the fiber-reinforced composite impellers have sufficient safety margins during operation. The harmonic response analysis method was used to compare and analyze the vibration response of the fan with aluminum alloy impeller and fiber reinforced composite impeller at rated speed, and the vibration test was carried out for the same fan with only different impeller. The simulation and test results show that compared with the fan equipped with aluminum alloy impeller, the vibration acceleration of the fan equipped with carbon fiber reinforced plastic impeller decreases significantly in the low frequency range, and the amplitude of vibration acceleration of the fan equipped with carbon fiber reinforced composite impeller is larger in the high frequency range. The structural vibration acceleration of the fan equipped with glass fiber reinforced plastic impeller decreases greatly in the whole frequency band, and the vibration reduction effect is remarkable.

Key words: axial fan, fiber reinforced composite, vibration experiment, finite element analysis

中图分类号:

TB332

张锦光, 邓伟, 杨桢, 邱浩, 文湘隆. 纤维增强复合材料叶轮对风机振动特性的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 53-58.

ZHANG Jinguang, DENG Wei, YANG Zhen, QIU Hao, WEN Xianglong. Study on the influence of fiber reinforced composite impeller on the vibration characteristics of fan[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2023, 0(3): 53-58.

参考文献

[1] 张永超, 王维斌, 贝广霞, 等. 对旋风机气动噪声声强及压力脉动分布规律的数值预测[J]. 噪声与振动控制, 2010, 30(1): 127-131.
[2] 叶学民, 李鹏敏, 李春曦. 叶顶间隙对轴流式叶轮机械性能及噪声的影响研究进展[J]. 流体机械, 2014, 42(3): 32-39.
[3] 林亮. 小型轴流式风机通流部件优化设计研究[D]. 南京: 东南大学, 2015.
[4] 童宗鹏, 王国治. 窗式空调器振动噪声源的分析和控制研究[J]. 华东船舶工业学院学报(自然科学版), 2002(2): 64-67.
[5] 周正, 卢傅安, 祁大同, 等. 一种离心风机蜗壳减振降噪的数值优化方法[J]. 西安交通大学学报, 2011, 45(9): 59-64.
[6] 卢伟, 王飞, 王华伟. SDR阻尼复合减振降噪技术在锅炉风机系统降噪工程中的应用[J]. 电力科技与环保, 2011, 27(3): 51-52.
[7] 鲁民月, 陈秀珍, 彭旭. 隔振装置参数对机械设备机脚振动级的影响研究[J]. 噪声与振动控制, 2008(3): 52-55.
[8] 于强. 局扇噪声产生机理及降噪技术研究[J]. 煤炭工程, 2014, 46(6): 61-63.
[9] 王志鹏, 符栋梁, 钟焱. 叶轮对汽轮机叶片振动特性的影响分析[J]. 噪声与振动控制, 2014, 34(6): 94-96.
[10] 张元禄, 南国防. 基于模态动力学的离心风机振动特性数值研究[J]. 噪声与振动控制, 2017, 37(2): 38-41, 52.[11] ARRAVIND P R, SARAVANAN M, RIJUVAN R M. Modal analysis of a radial flow composite impeller[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2013, 4(1): 30-36.
[12] 罗纳德·F·吉布森. 复合材料力学基础[M]. 张晓晶, 余音, 吕新颖, 译. 上海: 上海交通大学出版社, 2019.
[13] 高会焕. 纤维增强材料风机叶片发展概述[J]. 玻璃钢/复合材料, 2009(4): 104-108, 103.
[14] BALKRISHNA A T. Vibration analysisof centrifugal blower impeller for various materials using FEA[J]. International Journal of Research in Engineering and Technology, 2014, 3(9): 296-302.
[15] 刘光烨, 赵娟. 复合阻尼材料的研究进展[J]. 塑料科技, 2010, 38(6): 98-102.
[16] 机械工业环境保护设计规范: JBJ 16—2000[S]. 北京: 机械工业出版社, 2001.

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Study on the influence of fiber reinforced composite impeller on the vibration characteristics of fan

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[1]	郑子君, 乔英, 邵家儒. 基于机器视觉的短纤维复合材料的取向度提取方法[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 65-72.
[2]	赵艺, 赵刚, 范欣愉, 闫忠伟, 葛亚琼, 徐剑. 基于渐进损伤模型的热固性复合材料电阻焊接头强度的尺寸效应研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 45-51.
[3]	张弘强, 陈栋, 李成. CFRP层合板双面挖补补片设计及性能分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 52-58.
[4]	夏婉莹, 李志虎, 秦玉林, 张宁, 严路平. 基于失效理论的复合材料力学性能预测及试验验证[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(9): 42-47.
[5]	刘帅文, 沈金荣, 吉新柱, 张强先, 方园. 表面功能化多壁碳纳米管改性玻纤增强树脂基复合材料的拉-拉疲劳性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(8): 92-100.
[6]	余章杰, 张琪, 蔡登安, 戴征征, 周光明. 碳纤维/环氧树脂复合材料-金属连接结构面外拉伸失效机制[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 5-12.
[7]	张学文, 王继辉, 陈宏达, 倪爱清. 单向增强热塑性复合材料热冲压成型仿真与优化[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 104-114.
[8]	杨青, 程超, 刁春霞, 吕玥蒽, 周飞, 丁小马, 陈正国. 环氧树脂改性聚双环戊二烯及其碳纤维复合材料的制备与表征[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 32-36.
[9]	沈昊辰, 牛波, 张琪凯, 郝晶莹, 张亚运, 龙东辉. 2.5D石英纤维增强纳米孔酚醛树脂基复合材料的力学和传热性能[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 5-13.
[10]	温智超, 屈美娇, 李哲旭, 李孟奇, 董秋雨, 孙戬. SHPB试验中碳纤维增强复合材料试样的尺寸效应数值模拟分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 14-20.
[11]	郭卫东, 于峰, 谈嗣勇, 方圆, 秦尹, 王宗森, 郭生全. CFRP条带加固RC梁斜裂缝投影长度的计算方法[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 51-55.
[12]	辛志博, 朱彦松, 段玉岗, 王奔, 黄志文, 王宏晓, 明越科. 直升机复合材料油箱密封结构分析与试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 87-93.
[13]	姜文, 樊红星, 姚卫星, 陈方, 马铭泽. 基于损伤分形维数的树脂基复合材料冲击后压缩强度预测方法[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 11-17.
[14]	高世阳, 方海, 葛益玮, 梁勇强. 桥梁隔离式复合材料防船撞管桩受弯性能试验与设计[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 39-43.
[15]	张智梅, 杨旸. 外贴预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(2): 44-53.