摘 要：模态分析是指通顺构件在平方职责时为幸免发生共振抖擞而操纵的一种分析措施。著作取舍基于双向流固耦合的运算措施，对错位六弯叶桨(6PBT)在静模态和预应力模态下的固有频率和振型图进行对比分析。预应力模态分析在流变指数分别为n=0.9、0.7和0.5的黄原胶溶液(一种比拟典型的假塑性流体)中进行。收尾标明：流体流变性对桨叶的振型分散和模态频率基本莫得影响，在静模态和预应力模态下6PBT桨的振型分散换取，均施展为1～6阶为扭转振型探花 porn，7～10阶为鬈曲振型，桨叶的模态频率并未发生较大变化，证据搅动介质与桨叶的互相耦招引用并莫得对6PBT桨的模态变成很大影响。因此6PBT桨在搅动不同流变指数的假塑性流体时，其固有频率和振型分散具有矫健性的特色，在很猛进度上缩短了搅动桨在搅动经过中出现共振抖擞的概率。
环节词：流固耦合 错位六弯叶桨 假塑性流体 模态分析
在石油、化工和制药等鸿沟时常会遭受搅动介质为假塑性流体的情况【1-3】。区别于常见的牛顿流体，假塑性流体的粘度会跟着切应力的增大而减小，这种很是的流变脾气使得假塑性流体在被搅动经过中不同位置处的粘度不同【4】，因此在搅动的介质为假塑性流体时需要稀奇护理开垦的矫健性问题。搅动桨手脚搅动开垦的遑急构成部分，不同模态下的频率和振型等参数平直关系到搅动开垦的清闲入手。搅动经过中桨叶和介质间存在流固耦合的作用，导致桨叶发生变形和振动等抖擞，当桨叶在搅动经过中预应力模态下的固有频率与静模态下的固有频率接近时，可幸免共振抖擞发生【5】。为了幸免发生共振抖擞，对搅动桨进行模态分析是很有必要的。
当今，利用流固耦合措施商酌流体和固体之间的互相作用受到好多学者的怜爱，其中皆立龙【6】取舍单向流固耦合的策画措施对双向泵的模态进行商酌，收尾标明，预应力对不同尺寸泵的变化频率影响不同；赵婉丽【7】操纵双向流固耦合的措施分别对柔性桨和刚性桨的尾涡以及湍动能分散规定进行了商酌，得出尾涡随相位角的加多向槽壁认识通顺、高湍流区位于叶片端部三角区域的论断；栾德玉等【8】利用双向流固耦合的措施对错位六弯叶桨(6PBT)与六弯叶桨(6BT)搅动假塑性流体脾气进行分析商酌，从桨叶的应力分散情况、变形量大小等方面讲解了错位六弯叶桨的上风；朱俊【9】取舍换取的措施，通过分析刚性桨及刚柔组合桨的等效应力和总变形量，得出相关于刚性桨而言刚柔组合桨功率蹧跶较低、搅动介质的羼杂成果彰着擢升的论断；巩亚东【10】等在粘度不同的情况下，分别对搅动安装的转矩大小、桨叶变形情况进行了双向流固耦合商酌，发现了物料的粘度值对搅动安装的转矩影响较大、而搅动釜中物料填充率对搅动桨转矩影响不大的特色。6PBT桨对流体的粘度范围具有较强的适用性，超越符合于假塑性流体的搅动经过【11】，但当今对错位六弯叶桨在搅动流体的经过中、桨叶与流体互相打仗情况下桨叶产生的固有频率和振型还未进行相关商酌。本文通过双向流固耦总策画，在静模态和预应力模态下对6PBT桨的固有频率和振型进行分析，并探讨流体流变性对固有频率和振型特征的影响，为6PBT桨的骨子应用提供鉴戒。
1 模子几何结构与网格分别
搅动槽遴选圆柱筒体平底式，圆筒内径T=210 mm，4块矩形挡板均匀分散在搅动槽的四周，其宽度w=T/10;6PBT桨桨径D=T/2，桨叶宽度b=T/10、厚度为2 mm、后弯角θ=30°，搅动轴直径d=16 mm；错位六弯叶桨桨叶中心位置距离搅动槽槽底高度C=T/3，槽内液位高度H=T。搅动槽及搅动桨暗意如图1所示。
图1 搅动槽及搅动桨暗意
利用Workbench中的Mesh模块对搅动槽及搅动桨进行网格分别，取舍非结构四面体网格单位对流体域进行冲突化处理，相关于静区域，对速率梯度比拟大的桨叶周围的转子区域取舍比拟密集的网格。为考证网格的无关性，以转子区的速率大小及搅动器功率准数的调动量均不朝上3%为依据，本文最终取舍1 106 226个网格单位数对策画域进行冲突。搅动槽及搅动桨网格分别见图2。
图2 搅动槽及搅动桨网格分别
2 策画措施
基于双向流固耦合的策画措施，固体域在Workbench软件的transient structure模块进行模拟，在Modal模块中配置畛域条目为搅动轴切向解放、径向与轴向固定照看，忽略轴的舞动，搅动桨叶片配置为fluid flow interface;流体域在Fluid Flow模块中进行模拟，搅动介质为黄原胶溶液探花 porn，模拟取舍瞬态动网格的模拟措施，同期开启κ-ε湍流模子方程，并将拘谨残差配置为1×10-4，搅动桨耦合面配置为system coupling，液面畛域条目配置为symmetry；流体域和固体域的期间步长均配置为0.001s。双向流固耦合的策画经过在ANSYS的职责界面包含A、B、C、D 4个方面，模子的配置在模块A(Geometry)中进行，将建好的模子传输给B(Fluid Flow)和D(Transient Structural)模块调用，临了将B模块和D模块沿途导入到C(System-Coupling)模块中进行策画。各模块的贯穿暗意如图3所示。
图3 双向流固耦合模拟措施模块贯穿暗意
3 收尾与权术
模态分析是分析物体在引发景色下的能源反映，是能源学分析的一种。在分析软件ANSYS Workbench中的Modal模块进行模态分析，并利用模态分析中的Block-Lanczos措施进行模态频率的提真金不怕火，能取得较快的拘谨速率【12】。静模态分析是指在无外部介质打仗的情况下，对桨叶自身固有频率和振动形态的分析。静模态只取决于桨叶本人的性质，如材料、体积、时事、贯穿阵势和转速等。预应力模态分析是指在职责景色下，利用Static Structure和Modal模块对桨叶进行的模态分析。模态分析经过暗意如图4所示。
欧美人体艺术3.1 6PBT桨叶在静模态和预应力模态下的固有频率
表1是6PBT桨在转速为120 r/min时静模态和不同流变指数的预应力模态下前10阶固有频率值大小的对比情况。由表1不错看出，阶次换取期，6PBT桨在不同流变指数下(n=0.9、0.7和0.5)的固有频率与静模态下的固有频率趋于换取，由此可见，流体流变指数的变化并莫得使桨叶的固有频率发生较大变化(其固有频率的最大变化量仅为0.1%)。因此6PBT桨在搅动假塑性流体时，可有用幸免共振抖擞发生。
3.2 6PBT桨叶在静模态和不同流变指数的预应力模态下的振型分析
图5和图6分别是6PBT桨在转速为120 r/min 时、静模态和流变指数分别为n=0.5、0.7和0.9的预应力模态下的前10阶振型图。由图5和图6不错看出：静模态下桨叶的前6阶为扭转振型，第7～10阶为鬈曲振型；在预应力模态下，搅动不同流变指数的假塑性流体时，桨叶振型图与静模态的振型图分散脾气一致，莫得出现振型的彰着变化。
表2是6PBT桨在静模态和流变指数分别为n=0.5、0.7和0.9的预应力模态下的前10阶振型值最大变化量的对比情况。由表2可知，6PBT桨在静模态和预应力模态下最大振型幅值均仅为9.1%，总体来说桨叶振型幅值变化呈略减小趋势，因此6PBT桨符合搅动流变指数不同的假塑性流体。6PBT桨在转速为150 r/min与180 r/min 时静模态与预应力模态下固有频率及振型幅值的变化规定与120 r/min时的变化规定换取，本文由于篇幅所限，不再逐一呈现。
图4 模态分析经过暗意
表1 6PBT桨在静模态和预应力模态下前10阶固有频率策画收尾比拟
注： fsm——静模态下桨叶的固有频率，Hz；fpm0.9，fpm0.7，fpm0.5——分别为流变指数为0.9、0.7、0.5时的预应力模态的固有频率，Hz。
表2 6PBT桨静态模态和预应力模态前10阶振型幅值最大值收尾对比
注： Δsm——静模态下的振型幅值，mm； Δpm0.9，Δpm0.7，Δpm0.5——分别为流变指数为0.9、0.7、0.5的预应力模态下振型幅值，mm。
图5 6PBT桨在静模态下的前10阶振型(部分)
4 结语
基于双向流固耦合的模拟措施对6PBT桨在静模态和预应力模态下的固有频率和振型图进行商酌，得出了以下论断：
1) 6PBT桨桨叶在预应力模态和静模态下的固有频率最大变化值仅为0.1%，因此6PBT桨可幸免发生共振抖擞。
2) 在静模态和预应力模态下，6PBT桨桨叶的振型分散一致，均施展为1～6阶为扭转振型，7～10阶为鬈曲振型，标明流体的流变性对模态振型影响很小。
3) 在不同的流变指数下，6PBT桨的最大振型幅值仅为9.1%，标明6PBT桨符合搅动流变指数不同的假塑性流体。
图6 6PBT桨预应力模态下(n=0.5，0.7，0.9)的前10阶振型(部分)
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