haokai

总621期第10期

2017年10月

河南科技

HenanScienceandTechnology

基于ANSYSWorkbench的冷凝器组件模态分析

孙玉波1张行2郭豪凯2

（1.海军驻洛阳地区航空军事代表室，河南洛阳471000；

2.新乡航空工业（集团）有限公司，河南新乡453049）

摘要：基于ANSYSWorkbench有限元仿真分析软件，研究某冷凝器组件的模态，使机载产品的动态性能在

图纸设计阶段就得到相应优化。这些新技术的研究和应用，对机载产品可靠性的提高、开发周期的缩短和开

发成本的降低等具有十分重要的现实意义。

关键词：机载蒸发循环系统；冷凝器组件；ANSYSWorkbench；模态分析

中图分类号：TB65文献标识码：A文章编号：1003-5168（2017）10-0045-02

ModalAnalysisofCondenrBadonANSYSWorkbench

SunYubo1ZhangHang2GuoHaokai2

（uticalMilitaryReprentativeOfficeofNavyinLuoyang，LuoyangHenan471000；nxiangAviation

Industry(Group).，XinxiangHenan453049）

Abstract:BadonANSYSWorkbenchfiniteelementsimulationsoftware,themodalofacondenrcompo⁃

nentwasstudied,sothatthedynamicperformanceoftheairborneproductscouldbeoptimizedinthede⁃

licationofthenewmethodsnotonlyimprovestheworkingcapabilityofthenewcon⁃

denr，butalsoreducesthedevelopmentcostsanddevelopmentcycleofthenewproduction.

Keywords:ACS；condenr；ANSYSWorkbench；modalanalysis

冷凝器组件是机载蒸发循环系统的重要组成部

分［1］。鉴于冷凝器组件在机载蒸发循环制冷系统中的作

用，其一般安装在机舱外部，受其他机载设备工作振动的

影响较大，工作环境比较恶劣。例如，直升机机载蒸发循

环系统的冷凝器组件一般安装在机舱顶部，受发动机和

主桨工作振动的共同影响，对冷凝器组件的强度和动态

性能提出了更高要求。因此，在设计机载蒸发循环系统

冷凝器组件的过程中，加强对冷凝器组件进行动态性能

分析是一项非常重要的工作。

1冷凝器组件仿真模型的建立

本文以某直升机机载蒸发循环系统的冷凝器组件

为研究对象，利用ANSYSWorkbench有限元仿真软件

对其动态性能进行分析，并在此基础上进行动力学设

计，使冷凝器组件的动态性能在图纸设计阶段就能得

到优化，从而寻求一种经济合理的结构，使其动态性能

满足预先给定的设计要求。冷凝器组件主要由冷凝芯

体、冷凝风机、冷凝器壳体和风道组成［2］。由于冷凝芯

体和冷凝风机结构中存在特征比较精细的翅片和风机

扇叶，且冷凝芯体和冷凝风机在试验和使用中极少出

现失效的情况，因此，在有限元建模时将冷凝芯体和冷

凝风机作为实体零件处理。同时，为了保证仿真分析

的可靠性，提高仿真计算效率，需要对冷凝器组件的三

维数模进行必要简化，主要为：①去掉尺寸较小的孔、

凸台及倒角；②适当省略小体积或小质量的部件；③尽

量使产品的质量不变，外形尺寸不变，约束配合的面积

与关系不变［3］。

将简化后的模型导入ANSYSWorkbench有限元仿

真分析软件中，划分过网格后的有限元模型如图1。冷

凝器组件共有1281202个节点、732452个单元［4］。冷

凝器壳体材料为5A02。冷凝器组件有限元模型质量为

6.12kg，测量冷凝器组件实体质量为6.36kg，由于建模

过程进行了必要简化，所以冷凝器组件的有限元模型是

合理的。

收稿日期：2017-09-01

作者简介：孙玉波（1977-），男，硕士，工程师，研究方向：机械设计。

信息技术

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第10期·46·

图1冷凝器组件有限元模型

2冷凝器组件的模态分析

为了分析冷凝器组件的各阶固有频率和其动力特

性，需要对冷凝器组件进行模态分析。模态分析是谐响

应、随机振动、响应谱等动力学分析的基础［5］。

按照实际装机状态，对冷凝器组件与动力平台地板

配合处施加固定约束，通过有限元仿真分析，可以得到冷

凝器组件的模态分析结果（前6阶），如表1所示。

表1冷凝器组件前6阶固有频率

阶次

固有频率/Hz

1

341.99

2

902.46

3

1151

4

1223.2

5

1236.1

6

1267

冷凝器组件的前2阶固有频率分别为341.99Hz、

902.46Hz，其对应的前2阶模态振型分别如图3（a）、图3

（b）所示。冷凝器组件机上安装位置振动频率影响范围

为10～500Hz［6］，从上述分析可知，只有第1阶固有频率

处于振动频率影响范围之内。由图3（a）可知其振动方向

为沿冷凝器组件安装方向的Y向，因此，在振动试验中需

要特别关注冷凝器组件沿Y向的振动［7］。

3结语

通过应用ANSYSWorkbench有限元仿真分析软件

对机载蒸发循环系统用冷凝器组件进行模态分析，得到

冷凝器组件的固有频率和模态振型，找出冷凝器组件设

计中的薄弱环节。在机载产品设计初期，通过有限元仿

真分析对机载产品的动态性能进行预测和优化。这些新

技术的研究和应用，对机载产品可靠性的提高、开发周期

的缩短和开发成本的降低等具有十分重要的现实意义。

（a）1阶

（b）2阶

图3前2阶模态振型

参考文献：

［1］寿荣中，何慧姗.飞行器环境控制［M］.北京：北京航空

航天大学出版社，2004.

［2］张行，刘德平，陶征.基于ANSYSWorkbench的CX8075

加工中心关键零部件动态性能研究［J］.机械设计与制造，2011

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［3］余建祖.换热器原理与设计［M］.北京：北京航空航天大

学出版社，2006.

［4］张呈林，郭才根.直升机总体设计［M］.北京：国防工业

出版社，2007.

［5］叶先磊，史亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例［M］.北

京：清华大学出版社，2003.

［6］阙雄才，陈江平.汽车空调实用技术［M］.北京：机械工

业出版社，2003.

［7］李兵，何正嘉，陈雪峰.ANSYSWorkbench设计、仿真与

优化.［M］.北京：清华大学出版社，2008.

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