随着科学技术的发展,通风机广泛应用于工厂、矿井、隧道、船舶和建筑物等各种场所。叶片是通风机的关键部件,该部件发生故障会严重影响通风机的安全运行,未能被诊断出的早期故障还会在横向振动的作用下继续扩展。由于叶片本身振荡与其激发的非定常流场之间的交互作用,传统的分析方法无法揭示其本质问题,基于流固耦合研究叶片产生故障的机理,具有重要的研究意义。首先建立风机叶片的动力学模型和流固耦合数学模型,得到了通风机流体场和叶片模态之间的关系以及叶片的固有频率。其次对通风机叶片进行模态试验和仿真,对比健康和裂纹故障叶片频率、振型变化规律,研究叶片各阶振型与气动力相互作用的规律、叶片裂纹故障对各阶振型的影响。最后运用ANSYS Workbench软件搭建流固耦合平台,仿真分析了不同转速、风阻工况下,通风机流体场气动力和叶片裂纹的变化规律。主要研究内容如下:(1)对实际的风机叶片进行受力分析,确定风机叶片的力学模型和流固耦合模型。(2)使用模态试验和仿真分析,获取健康叶片和裂纹故障叶片的固有频率和振型变化规律。分析对比了叶片表面气动力与叶片各阶振型之间的相互作用以及裂纹故障位置与气动力的相互作用。(3)应用BladeGen创建通风机叶片模型,分析不同转速、不同风压下,流体场中气动力的分布规律。分析对比叶片表面气动力分布情况,为叶片动力学分析提供载荷基础。利用通风机流体场流线图,分析不同参数下,流体场内流体流动的变化规律。(4)运用多物理场ANSYS仿真软件,模拟不同风压下,通风机健康叶片和裂纹故障叶片的应力、应变、总变形之间的分布规律。通过仿真分析,研究裂纹对叶片应变、应力的影响规律以及叶片裂纹的扩展趋势。