一种叶轮的设计方法技术

本发明专利技术提供一种叶轮的设计方法，属于计算机领域。所述设计方法包括：根据叶轮的初始结构建立所述叶轮的初始模型；分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值以及重量值；以所述重量值最轻为目标，以所述应力值和所述变形值满足所述叶轮的设计要求为约束条件，采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构。所述设计方法在实现了叶轮轻量化的同时，也提供了应力和变形的约束条件，为叶轮的轻量化和优化提供了一种有效且可靠的设计方法。

【技术实现步骤摘要】
一种叶轮的设计方法
本专利技术涉及计算机
，具体而言，涉及一种叶轮的设计方法。
技术介绍
叶轮可以应用于冲压式的汽轮机上，如蒸汽压缩机，叶轮的材料一般采用叶片钢或者钛合金，这两种材料的应力或者强度等参数都比较好。但是，如果叶轮的质量较大，对整个叶轮构成的转子组的稳定性及结构设计带来困难，所以叶轮的结构应该在满足应力或者其他条件的约束下，尽量轻量化。由于叶轮的减重设计涉及到很多结构参数，例如应力、强度等，为了得到最优的方案需要反复对设计的参数进行调整，导致设计的效率很低。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种叶轮的设计方法。为了实现上述目的，本专利技术实施例所提供的技术方案如下所示：本专利技术实施例提供一种叶轮的设计方法，其特征在于，包括：根据叶轮的初始结构建立所述叶轮的初始模型；分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值以及重量值；以所述重量值最轻为目标，以所述应力值和所述变形值满足所述叶轮的设计要求为约束条件，采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构。进一步的，在分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值以及重量值后，所述方法还包括：计算所述叶轮上的不同结构的应力值影响系数、变形值影响系数以及重量值影响系数；筛选出所述应力值影响系数、所述变形值影响系数以及所述重量值影响系数大于影响系数阈值的所述叶轮上的需要优化的结构参数；所述采用优化算法对所述叶轮进行优化包括：采用优化算法对所述需要优化的结构参数进行优化。进一步的，计算所述叶轮上的不同结构的应力值影响系数、变形值影响系数以及重量值影响系数的步骤包括：设置所述叶轮结构参数的取值范围和计算次数；根据所述取值范围和取值次数改变所述叶轮结构参数的值，得到所述应力值影响系数、所述变形值影响系数、所述重量值影响系数。进一步的，在采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构后，所述方法还包括：对所述轻量化的叶轮结构中的最优叶轮结构进行模态振动校验，检测所述叶轮在不同模态下振动的频率；若所述最优叶轮结构的所述频率不满足设计要求，选择次优级的叶轮结构作为优化的叶轮结构；再次执行上述模态振动校验操作。进一步的，在根据叶轮的初始结构建立所述叶轮的初始模型后，所述方法还包括：在所述初始模型中定义所述叶轮的结构参数，所述结构参数包括叶轮背盘尺寸参数；将定义所述结构参数后的叶轮模型导入静强度分析模块；采用网格单元对所述叶轮模型进行网格划分。进一步的，所述静强度分析模块为ANSYS软件；所述网格单元为四面体网格单元。进一步的，采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构，包括：采用优化算法，根据所述目标和所述约束条件设置优化的收敛条件；判断优化结果是否满足收敛条件，若所述优化结果满足收敛条件，则确定所述优化结果能够作为轻量化的叶轮结构。进一步的，所述设置优化的收敛条件包括：设置所述优化算法的最大计算次数。进一步的，所述优化算法为单目标遗传算法。进一步的，分析所述初始模型包括：获取所述叶轮的材料屈服强度、所述叶轮在工作状态下的安全系数、所述叶轮的叶顶间隙值；根据所述材料屈服强度和所述安全系数计算所述叶轮的应力值的设计要求，根据所述叶顶间隙值确定所述叶轮的变形值的设计要求。本专利技术实施例所提供的叶轮的设计方法通过建立所述叶轮的模型，并对模型进行分析，设置轻量化的目标和约束条件，再加上理论的优化算法，从而完成对所述叶轮的优化，实现叶轮的减重设计。这种建立模型和加上理论算法的方式能够自动的完成所述叶轮的轻量化的优化设计，且所述优化算法为通过计算机自动完成优化设计的计算，能够得到在相应约束条件下快速的得到最优的设计方案，提高叶轮优化过程的效率和优化质量。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文举本专利技术实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的叶轮的设计方法的整体流程图；图2为本专利技术实施例提供的叶轮的设计方法的第一实施例流程图；图3为本专利技术实施例提供的叶轮的设计方法的第二实施例流程图；图4为本专利技术实施例提供的叶轮的设计方法的第三实施例流程图；图5为本专利技术实施例提供的叶轮的设计方法的第四实施例流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。请参照图1，是本专利技术提供的叶轮的设计方法整体流程图，本专利技术提供的叶轮的设计方法基于计算机，通过该计算机响应用户的叶轮设计操作而执行该叶轮的设计方法，从而实现该叶轮的设计方法相应的效果。本实施例中，该叶轮的设计方法包括：步骤100、步骤200、步骤300、步骤400和步骤500。步骤100:建立叶轮的初始模型。步骤200：分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值、重量值。步骤300：计算所述叶轮上的不同结构的应力值影响系数、变形值影响系数、重量值影响系数。步骤400：筛选出所述叶轮上需要优化的结构参数。步骤500：采用优化算法对所述叶轮上需要进行优化的结构参数进行优化，得到轻量化的叶轮结构。请参阅图1-图5，下面将对叶轮的设计方法的各个流程进行详细的阐述。步骤100：建立叶轮的初始模型。其中，所述初始模型根据所述叶轮的初始结构建立，所述初始结构能够满足所述叶轮的基本结构，所述初始结构可以根据用户的经验确定从而建立初始模型。所述初始模型可以在SolidWorks中建立，SolidWorks是一种三维机械设计软件，用户可以根据所述叶轮的实体模型在SolidWorks搭建三维的叶轮结构。可选的，所述初始模型也可以在其他三维机械设计软件中建立，例如Pro/Engineer等。通过所述叶轮初始模型的建立，为叶轮的轻量化设计提供基础，可以基于所述初始模型进行分析和具体的操作。可选的，在步骤100之后可以对所述模型作相应的处理，所述处理可以便于后面的优化操作，所述处理方法包括：步骤101：定义结构参数，所述结构参数包括叶轮背盘尺寸参数。其中，所述结构参数表征能够决定所述叶轮的结构的参数，例如叶轮的叶顶的尺寸参数，例如叶轮的背盘的尺寸参数，在所述结构参数改变的过程中，所述叶轮的应力值、变形值以及重量值会相应改变。在本专利技术实施例中，以所述结构参数为叶轮的背盘尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叶轮的设计方法，其特征在于，包括：根据叶轮的初始结构建立所述叶轮的初始模型；分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值以及重量值；以所述重量值最轻为目标，以所述应力值和所述变形值满足所述叶轮的设计要求为约束条件，采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构。

【技术特征摘要】
1.一种叶轮的设计方法，其特征在于，包括：根据叶轮的初始结构建立所述叶轮的初始模型；分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值以及重量值；以所述重量值最轻为目标，以所述应力值和所述变形值满足所述叶轮的设计要求为约束条件，采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在分析所述初始模型，得到所述叶轮的应力值、变形值以及重量值后，所述方法还包括：计算所述叶轮上的不同结构参数的应力值影响系数、变形值影响系数以及重量值影响系数；筛选出所述应力值影响系数、所述变形值影响系数以及所述重量值影响系数大于影响系数阈值的所述叶轮上的需要优化的结构参数；所述采用优化算法对所述叶轮进行优化包括：采用优化算法对所述需要优化的结构参数进行优化。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述叶轮上的不同结构的应力值影响系数、变形值影响系数以及重量值影响系数的步骤包括：设置所述叶轮结构参数的取值范围和计算次数；根据所述取值范围和计算次数改变所述叶轮结构参数的值，得到所述应力值影响系数、所述变形值影响系数、所述重量值影响系数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采用优化算法对所述叶轮进行优化，得到轻量化的叶轮结构后，所述方法还包括：对所述轻量化的叶轮结构中的最优叶轮结构进行模态振动校验，检测所述叶轮在不同模态下振动的频率；若所述最优叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建宝，霍文浩，蒋立君，王磊，刘婧，马亚如，
申请(专利权)人：重庆通用工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50