旋转机械叶片反问题设计的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种旋转机械叶片反问题设计的计算方法，包括以下步骤：基于有限元法计算叶片在流体力和离心力作用下叶片所有节点的位移情况，计算流固耦合位移值，并将上一步的流固耦合位移结果作为下一步预变形的反向增量，然后重生成有限元节点和单元，再次进行流固耦合计算，如此循环，当最近一次流固耦合计算位移结果与热态叶型吻合，即得出满足要求的有限元模型，再通过逆向软件将有限元模型转换为几何模型。本发明专利技术提出的计算方法，简单易懂，切实可行，操作简单，思路清晰，并且计算效率和精度高，残差稳定性好，计算结果符合实际。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及旋转机械叶片反问题设计
，尤其涉及一种旋转机械叶片反问题设计的计算方法。
技术介绍
旋转机械的叶片主要目的是：使得能量在“流体的动能”和“机械能”之间转换。旋转机械的效率，噪音等性能指标都与叶片的型式有关，通常研究一款满足要求的新型叶片，我们需要对叶片进行全参数化建模或局部参数化建模，明确叶片基本的设计变量，比如前缘、尾缘型式、弦长、安装角等参数中哪些可以作为设计变量，并且明确我们需要的性能指标，然后设定一些约束条件，比如叶片直径最大最小范围，安装角最大最小范围等参数，最后我们通过优化算法进行寻优。通常为节省计算成本，叶片在计算流体分析(CFD)和优化时并不考虑叶片本身的变形，而实际叶片在流体力和离心力或材料影响下本身就存在变形，故我们通过上述步骤优化出来的叶片模型只是理想状态的模型，通常我们称此类模型为工作叶型(热态)，而我们实际需要加工的模型称为加工叶型(冷态)。当前由工作叶型(热态)反推加工叶型(冷态)没有非常有效、精度较高的办法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种旋转机械叶片反问题设计的计算方法。旋转机械叶片反问题设计的计算方法，包括以下步骤：基于有限元法计算叶片在流体力和离心力作用下叶片所有节点的位移情况，通过对初始模型的所有节点反向施加上一步流固耦合分析所得的节点的位移值，并且对节点和单元进行重新生成，形成有限元模型；然后再次施加流体力和离心力载荷，获取其模型变形之后所有节点的坐标，并比较当前节点坐标与初始气动分析最优模型的节点坐标的差值，如满足残差条件，则跳出循环并输出有限元模型，再通过逆向软件生成用于加工制造的几何模型，如不满足残差条件，则继续施加最近一步流固耦合分析的节点的位移值，直至寻找到满足条件的有限元模型。优选的，所述节点的位移值(X、Y、Z三个方向)需分别乘以三个方向的系数(松弛因子)，以保证叶片单次反扭量不至于过大，从而保证叶片反问题设计的收敛稳定性。优选的，所述有限元模型中单元采用空间8节点六面体单元，有限单元法根据虚功原理建立的非线性有限元平衡方程为：[K]{δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
旋转机械叶片反问题设计的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：基于有限元法计算叶片在流体力和离心力作用下叶片所有节点的位移情况，通过对初始模型的所有节点反向施加上一步流固耦合分析所得的节点的位移值，并且对节点和单元进行重新生成，形成有限元模型；然后再次施加流体力和离心力载荷，获取其模型变形之后所有节点的坐标，并比较当前节点坐标与初始气动分析最优模型的节点坐标的差值，如满足残差条件，则跳出循环并输出有限元模型，再通过逆向软件生成用于加工制造的几何模型，如不满足残差条件，则继续施加最近一步流固耦合分析的节点的位移值，直至寻找到满足条件的有限元模型。

【技术特征摘要】
1.旋转机械叶片反问题设计的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：基于有限元法计算叶片在流体力和离心力作用下叶片所有节点的位移情况，通过对初始模型的所有节点反向施加上一步流固耦合分析所得的节点的位移值，并且对节点和单元进行重新生成，形成有限元模型；然后再次施加流体力和离心力载荷，获取其模型变形之后所有节点的坐标，并比较当前节点坐标与初始气动分析最优模型的节点坐标的差值，如满足残差条件，则跳出循环并输出有限元模型，再通过逆向软件生成用于加工制造的几何模型，如不满足残差条件，则继续施加最近一步流固耦合分析的节点的位移值，直至寻找到满足条件的有限元模型。2.根据权利要求1所述的旋转机械叶片反问题设计的计算方法，其特征在于，所述节点的位移值（X、Y、Z三个方向）需分别乘以三个方向的系数（松弛因子），以保证叶片单次反扭量不至于过大，从而保证叶片反问题设计的收敛稳定性。3.根据权利要求1所述的旋转机械叶片反问题设计的计算方法，其特征在于，具体操作流程包括以下步骤：步骤1，输入需要反...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，施春荣，李晶，
申请(专利权)人：张明，
类型：发明
国别省市：江苏;32