一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，包括：将UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成，得到集成模块；针对管路系统依据UG模型提取系统动力学监控所需的几何参数；对管路系统中的发动机管路和卡箍采用单元替代的方式进行简化，得到简化模型；通过集成模块调用几何参数，并结合简化模型对管路系统进行重建，得到管路系统的实体模型；对管路系统进行快速振动分析时，将简化模型和实体模型的仿真结果进行比较，如果振动频率在误差允许范围内，简化模型代替实体模型。本发明专利技术利用简化模型对管路系统进行重建，不仅计算速度快而且计算结果误差较小，缩短管路结构的设计周期，提高管路系统的振动可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法
本专利技术涉及机械动力学
，尤其涉及一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法。
技术介绍
飞机管路系统的振动问题，是飞机管路系统设计师和事故分析人员很难解决的问题。长期以来，由振动引起的航空发动机外部管路失效一直是影响发动机可靠性的重要问题。曾有研究表明，很多飞机故障是由管路系统引起的。而航空发动机管路系统又是发动机上十分重要的部件，它承载在发动机的各个部件之间的连接以及液体的输送，从而完成对发动机乃至飞机的控制与操作等。航空发动机的外部管路系统较为复杂，且航空发动机的管路系统对整个发动机甚至整个飞机能否正常工作起着关键的作用。因此，在管路系统的结构设计中需要进行振动特性分析和计算。随着计算机技术的快速发展，计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，简称CAD技术和计算机辅助工程分析(ComputerAidedEngineering，简称CAE)技术相应的出现，这两项技术作为现代设计技术的代表，不断改变工程设计传统的理念和方法，同时为进行计算机仿真分析研究创造良好的条件。在工程应用中，往往需要手工完成CAD模型的建立、修正及简化才能得到所需要的CAE模型。然而，目前的管路系统的设计模式通常是先进行原理性能计算然后再进行管路系统的建模，或者先进行管路建模再对管路系统进行性能分析，这两种方法都是在进行管路设计时，需要设计人员在两类软件之间不断传递模型数据并且建立两套模型，而且这种工作基本是由手工操作完成的。管路的模型不可能一次成型，达到设计目标后一成不变。由于性能上不能满足要求、空间布局的变动、零部件的更新换代等原因，造成管路模型反复修改，需要在CAD软件与CAE软件之间多次传输数据进行建模与性能迭代分析，这些操作都会耗费大量的时间与资源，严重影响设计效率，增加企业成本。可见，现有技术中方法。上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，解决现有技术中没有针对L型管路卡箍系统的振动力学提供有效的建模方法的的问题。(二)技术方案为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：本专利技术一实施例提供一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其包括：将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成，得到集成模块；针对管路系统依据所述UG模型提取系统动力学监控所需的几何参数；对所述管路系统中的发动机管路和卡箍采用单元替代的方式进行简化，得到简化模型；通过所述集成模块调用所述几何参数，并结合所述简化模型对所述管路系统进行重建，得到所述管路系统的实体模型；对所述管路系统进行快速振动分析时，将所述简化模型和所述实体模型的仿真结果进行比较，如果振动频率在误差允许范围内，所述简化模型代替所述实体模型。本专利技术的一个实施例中，所述将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成之前，还包括：对所述管路系统进行模态实验，得到所述管路系统的各阶模态频率。本专利技术的一个实施例中，所述将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成，得到集成模块包括：以VisualStudio作为开发环境平台，使用C#语言对所述UG模型和ANSYS进行集成开发；利用NXOpenfor.NET实现所述UG模型与C#的连接和嵌入并进行平台的环境搭建；利用C#与ANSYS链接技术进行ANSYS软件的封装，得到所述集成模块；其中所述ANSYS以批处理的方式在后台运行。本专利技术的一个实施例中，所述管路系统中至少包括：直管段、弯管段和卡箍，所述几何参数至少包括：直管段坐标信息、弯管段坐标信息、卡箍的几何信息和物理信息。本专利技术的一个实施例中，所述针对管路系统依据所述UG模型提取系统动力学监控所需的几何参数包括：任意选取的所述管路系统中包含多条直管段、多条弯管段以及位于所述管路系统中不同位置的多个卡箍；针对所述多条直管段提取得到所述直管段坐标信息，所述直管段坐标信息包括每段直管的起点坐标和终点坐标；针对所述多条弯管段提取得到所述弯管段坐标信息，所述弯管道坐标信息包括每段弯管的起点坐标、终点坐标、圆弧段中心点坐标、折弯角以及圆弧段半径；针对所述多个卡箍提取得到所述卡箍的几何信息与物理信息，所述卡箍的几何信息与物理信息包括卡箍的内外直径、卡箍的宽度以及卡箍所在直管段的起始点坐标与沿管路方向距起始点的偏移距离。本专利技术的一个实施例中，所述对所述管路系统中的发动机管路和卡箍采用单元替代的方式进行简化，得到简化模型包括：对所述管路系统中的所述发动机管路采用pipe单元进行代替，所述发动机管路包括所述直管段和所述弯管段；对所述管路系统中的所述卡箍采用psprng弹簧单元进行代替；根据所述pipe单元和所述psprng弹簧单元得到所述简化模型。本专利技术的一个实施例中，得到所述简化模型之后，还包括：针对直管段的所述卡箍的刚度进行计算，得到所述卡箍的四个刚度值，所述四个刚度值包括卡箍在X向、Y向的横向振动方向的刚度Kx、Ky和绕X轴、Y轴转动方向的刚度Kθx、Kθy；在所述简化模型中根据所四个刚度值计算得到所述psprng弹簧单元的刚度；在所述简化模型中设置所述pipe单元的截面数据与所述发动机管路的截面数据相同。本专利技术的一个实施例中，所述通过所述集成模块调用所述几何参数，并结合所述简化模型对所述管路系统进行重建，得到所述管路系统的实体模型包括：对所述直管段、所述弯管段和所述卡箍按照装配条件建立相应的有限元模型；根据所述部件间力学性能的传递与实际装配情况，对所述直管段、所述弯管段和所述卡箍的有限元模型进行接触设置，得到所述实体模型。本专利技术的一个实施例中，所述对所述直管段、所述弯管段和所述卡箍按照装配条件建立相应的有限元模型包括：通过APDL语言编写得到APDL宏文件；根据所述APDL宏文件读取管路信息文件，将所述管路信息文件转换成ANSYS的内部变量，所述管路信息文件中包括管路材料的泊松比、密度；根据所述直管段、所述弯管段和所述卡箍的所述内部变量分别建立相应的有限元模型。本专利技术的一个实施例中，在装配过程中，设置所述卡箍螺栓的拧紧力矩在3～13N·m之间。(三)有益效果本专利技术的有益效果是：本专利技术实施例提供的航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，提供一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，对UG和ANSYS两软件进行有效的集成。通过对UG二次开发实现对管路系统信息的提取，通过对ANSYS二次开发实现对管路系统信息利用简化模型进行重建，从而避免在两类软件上不断传输模型，减少管路设计的工作量，缩短管路结构的设计周期，提高管路系统的振动可靠性。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法的流程图；图2为本专利技术一实施例图1中步骤S110的流程图；图3为本专利技术一实施例图1中步骤S130的流程图；图4为本专利技术一实施例图1中步骤S140的流程图；图5为本专利技术一实施例图4中步骤S401的流程图；图6为本专利技术一实施例中进行UG二次开发的总体流程图；图7为本专利技术一实施例中提供的机匣外部的管路系统的实体图；图8为本专利技术一实施例中提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其特征在于，包括：将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成，得到集成模块；针对管路系统依据所述UG模型提取系统动力学监控所需的几何参数；对所述管路系统中的发动机管路和卡箍采用单元替代的方式进行简化，得到简化模型；通过所述集成模块调用所述几何参数，并结合所述简化模型对所述管路系统进行重建，得到所述管路系统的实体模型；对所述管路系统进行快速振动分析时，将所述简化模型和所述实体模型的仿真结果进行比较，如果振动频率在误差允许范围内，所述简化模型代替所述实体模型。

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其特征在于，包括：将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成，得到集成模块；针对管路系统依据所述UG模型提取系统动力学监控所需的几何参数；对所述管路系统中的发动机管路和卡箍采用单元替代的方式进行简化，得到简化模型；通过所述集成模块调用所述几何参数，并结合所述简化模型对所述管路系统进行重建，得到所述管路系统的实体模型；对所述管路系统进行快速振动分析时，将所述简化模型和所述实体模型的仿真结果进行比较，如果振动频率在误差允许范围内，所述简化模型代替所述实体模型。2.如权利要求1所述的航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其特征在于，所述将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成之前，还包括：对所述管路系统进行模态实验，得到所述管路系统的各阶模态频率。3.如权利要求1所述的航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其特征在于，所述将交互式CAD/CAM系统UG模型和有限元分析软件ANSYS进行集成，得到集成模块包括：以VisualStudio作为开发环境平台，使用C#语言对所述UG模型和ANSYS进行集成开发；利用NXOpenfor.NET实现所述UG模型与C#的连接和嵌入并进行平台的环境搭建；利用C#与ANSYS链接技术进行ANSYS软件的封装，得到所述集成模块；其中所述ANSYS以批处理的方式在后台运行。4.如权利要求1所述的航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其特征在于，所述管路系统中至少包括：直管段、弯管段和卡箍，所述几何参数至少包括：直管段坐标信息、弯管段坐标信息、卡箍的几何信息和物理信息。5.如权利要求4所述的航空发动机外部管路系统快速振动分析的方法，其特征在于，所述针对管路系统依据所述UG模型提取系统动力学监控所需的几何参数包括：任意选取的所述管路系统中包含多条直管段、多条弯管段以及位于所述管路系统中不同位置的多个卡箍；针对所述多条直管段提取得到所述直管段坐标信息，所述直管段坐标信息包括每段直管的起点坐标和终点坐标；针对所述多条弯管段提取得到所述弯管段坐标信息，所述弯管道坐标信息包括每段弯管的起点坐标、终点坐标、圆弧段中心点坐标、折弯角以及圆弧段半径；...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜博宏，于嘉鹏，路永辉，张硕，孙加明，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21