一種無螺栓結(jié)構(gòu)渦輪盤擋板的破裂轉(zhuǎn)速仿真分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真分析技術(shù)，具體的說是一種無螺栓結(jié)構(gòu) 滿輪盤擋板的破裂轉(zhuǎn)速仿真分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 早期航空發(fā)動機(jī)的滿輪盤與前、后擋板的連接形式通常為螺栓連接，運(yùn)種連接雖 然簡單可靠，但需要在滿輪盤和擋板上加工出螺栓孔，運(yùn)樣就降低了相關(guān)零件的低循環(huán)疲 勞壽命。滿輪盤與擋板的無螺栓連接結(jié)構(gòu)是高推重比、長壽命燃?xì)鉂M輪發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)技術(shù)之一，具有在滿輪盤上不開孔或少開孔等優(yōu)點(diǎn)，新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)難點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)可靠的定 位和緊固，一旦擋板失去定位或緊固，定屯、關(guān)系被破壞，必將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不平衡量激 增，引發(fā)安全隱患甚至破壞失效。
[0003] 無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的初期，必然會伴隨著各種故障的出 現(xiàn)。由于其連接不如螺栓結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，如果擋板強(qiáng)度儲備不足，或工作中失去定位或緊 固，均可能引發(fā)擋板的破壞失效。
[0004] 隨著新式航空發(fā)動機(jī)更多地應(yīng)用無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板，迫切需要針對無螺栓結(jié) 構(gòu)擋板進(jìn)行破裂轉(zhuǎn)速仿真分析，保證擋板在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)安全可靠地工作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板存在可能引發(fā)擋板的破壞失效等不足，本 發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可保證擋板在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)安全可靠地工作的無螺 栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板的破裂轉(zhuǎn)速仿真分析方法。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] 本發(fā)明一種無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板的破裂轉(zhuǎn)速仿真分析方法，包括W下步驟：
[000引建立能夠準(zhǔn)確反應(yīng)整體葉盤結(jié)構(gòu)形式的二維截面模型；
[0009] 設(shè)置彈性材料模型；
[0010] 根據(jù)模型特征創(chuàng)建軸對稱單元及平面應(yīng)力單元；
[0011] 設(shè)置邊界條件及載荷；
[0012] 計(jì)算求解決器參數(shù)；
[0013] 判斷計(jì)算求解過程是否收斂；
[0014] 如果求解過程收斂，則后處理輸出應(yīng)力計(jì)算結(jié)果；
[001引根據(jù)破裂準(zhǔn)則計(jì)算出擋板破裂轉(zhuǎn)速。
[0016] 如果求解過程不收斂，則返回計(jì)算求解決器參數(shù)步驟。
[0017] 建立能夠準(zhǔn)確反應(yīng)整體葉盤結(jié)構(gòu)形式的二維截面模型為：
[0018] 首先在二維或Ξ維CAD軟件中建立擋板的二維或Ξ維模型，然后將模型導(dǎo)入有限 元分析軟件創(chuàng)建特征截面，并分割出非軸對稱的特征截面。
[0019] 設(shè)置彈性材料模型即為設(shè)置彈塑性材料模型屬性，包括材料密度、線膨脹系數(shù)、泊 松比、彈性模量w及材料進(jìn)入塑性區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系。
[0020] 根據(jù)模型特征創(chuàng)建軸對稱單元及平面應(yīng)力單元為：
[0021] 在軸對稱截面上劃分軸對稱單元，在非回轉(zhuǎn)特征截面上劃分帶厚度的平面應(yīng)力單 元，單元厚度通過實(shí)常數(shù)指定。
[0022] 設(shè)置邊界條件及載荷為：
[0023] 根據(jù)擋板不同工作狀態(tài)，設(shè)置溫度場、旋轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)速、裝配反作用力及約束邊界條 件。
[0024] 計(jì)算求解決器參數(shù)為：
[0025] 檢查模型邊界條件是否準(zhǔn)確，通過設(shè)置合適的時間步長、迭代次數(shù)W及收斂準(zhǔn)則 等，逐步消除計(jì)算誤差，實(shí)現(xiàn)計(jì)算求解的收斂。
[0026] 后處理輸出計(jì)算結(jié)果為：
[0027] 在后處理器中輸出單元應(yīng)力及單元面積計(jì)算結(jié)果，導(dǎo)出后可用于計(jì)算截面平均應(yīng) 力。
[0028] 根據(jù)破裂準(zhǔn)則計(jì)算擋板破裂轉(zhuǎn)速為：
[0029] 應(yīng)用平均應(yīng)力法計(jì)算無螺栓結(jié)構(gòu)擋板的周向破裂轉(zhuǎn)速：
[0030]
(1)
[0031 ]其中，ξ為材料利用系數(shù)，nmax為輪盤最大物理轉(zhuǎn)速，
[0032] 化為材料的拉伸強(qiáng)度極限，0 為在輪盤最大物理轉(zhuǎn)速下的平均周向應(yīng)力。
[0033] 輪盤子午截面上平均周向應(yīng)力浸^::按W下公式計(jì)算：
[0034] (2)
[0035] 其中，A1~Am為各單元面積，οτ為相應(yīng)各單元的周向應(yīng)力。
[0036] 利用W上參數(shù)完成無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板的破裂轉(zhuǎn)速仿真計(jì)算。
[0037] 本發(fā)明具有W下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
[0038] 1.本發(fā)明針對無螺栓結(jié)構(gòu)擋板進(jìn)行破裂轉(zhuǎn)速仿真分析，保證擋板在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速區(qū)間 內(nèi)安全可靠地工作，該技術(shù)方案的實(shí)施有助于提升航空發(fā)動機(jī)從業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)，減少 航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中的故障隱患，并為出現(xiàn)的發(fā)動機(jī)擋板故障分析提供決策依據(jù)和技術(shù)支 撐。
[0039] 2.本發(fā)明新式結(jié)構(gòu)(如無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板結(jié)構(gòu))進(jìn)行有針對性地技術(shù)研究，提 高航空發(fā)動機(jī)的可靠性將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
[0040] 3.本發(fā)明對未達(dá)到技術(shù)要求的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)提供了改進(jìn)方向中，提高其強(qiáng)度儲備系 統(tǒng)，減少擋板出現(xiàn)安全隱患甚至破壞失效的風(fēng)險(xiǎn)，在擋板的故障分析中也可應(yīng)用該仿真方 法進(jìn)行不同工況下無螺栓結(jié)構(gòu)擋板進(jìn)行破裂轉(zhuǎn)速仿真分析，為排查故障原因、制定針對性 改進(jìn)措施提供關(guān)鍵性的技術(shù)指導(dǎo)。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發(fā)明方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0043] 如圖1所示，本發(fā)明一種無螺栓結(jié)構(gòu)滿輪盤擋板的破裂轉(zhuǎn)速仿真分析方法包括W 下步驟：
[0044] 建立能夠準(zhǔn)確反應(yīng)整體葉盤結(jié)構(gòu)形式的二維截面模型；
[0045] 設(shè)置彈性材料模型；
[0046] 根據(jù)模型特征創(chuàng)建軸對稱單元及平面應(yīng)力單元；
[0047] 設(shè)置邊界條件及載荷；
[004引計(jì)算求解決器參數(shù)；
[0049] 判斷計(jì)算求解過程是否收斂；
[0050] 如果求解過程收斂，則后處理輸出應(yīng)力計(jì)算結(jié)果；
[0051] 根據(jù)破裂準(zhǔn)則計(jì)算出擋板破裂轉(zhuǎn)速。
[0052] 如果求解過程不收斂，則返回計(jì)算求解決器參數(shù)步驟。