轴流风叶以其风量大的特性，在空调室外机中得到广泛运用。随着空调产品对冷凝器换热性能要求的不断提高，轴流风机运行转速也随之提高，这就对轴流风叶的强度提出了更高的要求。在实际使用中，轴流风叶叶片因高速运转而撕裂和破碎现象比较常见。行业中通常以高速运转实验来对轴流风叶进行强度分析，即风叶以实际使用最高转速的2-3倍运行5、10分钟，以风叶是否出现结构损坏为标准来检验轴流风叶的强度。
      针对空调产品用轴流风叶的破裂问题，对风叶强度的影响因素进行了分析，并基于有限元分析对轴流风叶进行结构优化，有效解决其破裂问题，提高风叶强度，增强空调产品市场竞争力。
      某空调用轴流风叶在高速运转时叶根出现断裂，导致整个风叶破碎，破裂样件如图所示。风叶材料为AS-GF20，材料密度1.16kg/mm，材料最大许用拉伸强度极限为108MPa，破裂转速n=2200 rpm。轴流风叶在旋转时，叶片主要受到离心力和由气流引起的气动载荷的作用。离心力所产生的应力对叶片产生拉伸作用，在叶片顶端为零，向叶根逐步增大，在叶根处达到最大值。气动载荷引起的应力h来源于风叶旋转时与空气的相互作用，大小主要由叶片的叶型决定，气动载荷对叶片产生弯曲作用，在叶片根部达到最大值。因此，风叶破裂的原因为叶片根部所受应力超过其材料的强度极限，为找到风叶破裂具体原因，本研究利用有限元方法分析了风叶强度，还分别分析了对风叶在气动载荷和离心力载荷下的受力情况。
      为确定轴流风叶在高速运转时气动载荷产生的应力大小，本研究通过采用流固耦合方法，利用Fluent叶算风叶在旋转时叶片所受的气动载荷，将计算得到的气动载荷结果加载到workbench静力学模块中求解应力大小。计算得到风叶正面和背面在2200 rpm转速下的压力分布如图所示。将气动载荷计算结果导入ANSYS Workbench中，建立起风叶旋转时的流固耦合仿真模型。通过计算，在气动载荷下风叶所受最大应力为2MPa，应力分布云图如图所示。从流固藕合仿真结果可以看出，气动载荷下的最大应力2MPa远小于材料的屈服强度108MPa，可忽略不计，因此风叶旋转时的气动载荷不是引起风叶破裂的主要原因。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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