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对于发动机冷却风扇,由于受到气场的耦合和高速旋转的作用,必然带来流体耦合压力与旋转预应力效应。为准确得到风扇的振动特性与应力分布,上面两个因素必须同时考虑。因实际工况下难以进行试验,故用仿真的方法来模拟。流固耦合分析包含了结构分析阶段、流场分析阶段与耦合分析阶段。为了获得更加准确的结果,通过实验与仿真的方法,以某商用车冷却风扇为基础,分别创建了风扇的结构模型与气体的流场模型,并加以实验验证;再结合二者进行流固耦合数值模拟,分析了耦合状态下风扇的相关振动特性。在CSD(computational structure dynamics)计算结构分析阶段,主要对风扇进行了模态分析。实验时,以局部坐标系的方法建立了风扇的线框模型,采用多参考最小二乘复频域法(PolyMax)得到风扇自由状态下的模态。仿真时,由LMS Virtual.lab分析计算,将风扇模态仿真结果与实验对比,验证得到风扇的结构模型。在CFD(computational fluid dynamics)计算流场分析阶段,使用Fluent建立了风扇流场的CFD模型,为了与气动性能试验的情形保持一致,在保证叶片结构不变的前提下,对风扇中部作必要修整;再通过将CFD计算结果与风扇气动性能试验的结果进行对比,验证风扇的流场模型。在FSI(Fluid-Structure Interaction)流固耦合阶段,采用单向流固耦合分析的方法,提取风扇在流场中叶片表面压力数据,导入LMS Virtual.lab,将其加载到结构模型上,并加以旋转载荷条件。通过数值模拟得到了风扇应力、变形、模态等动力特性。仿真分析结果表明,由于在耦合力场与旋转预应力作用下风扇产生了刚度硬化现象,各阶模态频率均有一定程度的上升。耦合前的第3阶轴向窜动这一模态变为第1阶,频率由108.8Hz上升到112.6Hz;同时,1阶弯曲与2阶弯曲的模态频率分别上升了23Hz与2Hz左右。各阶振型最大变形的位置与振动方向均未发生变化。