The invention relates to the technical field of designing axial-flow blade main beam, in particular to a design method of composite axial-flow blade main beam, which comprises the following steps: S1: determining the load condition, boundary dimension and structural requirements parameters of the axial-flow blade; S2: constructing the structural model of the axial-flow blade, selecting the composite materials of the main beam, skin and root of the axial-flow blade, and determining the composite materials Performance parameters of materials; S3: calculate the main structural dimension of the main beam; S4: calculate the structural dimension of the front edge of the main beam skin and the rear edge of the main beam skin; S5: calculate the number and sequence of the main beam layers; S6: output the design scheme. The invention adopts the skin main beam structure to replace the traditional \I\ structure main beam, avoids the use of the web, greatly reduces the manufacturing difficulty and production cost, at the same time, through considering the bending and torsion coupling effect of the blade, it plays the advantage of the composite material designability, improves the structural efficiency of the axial flow blade, and reduces the manufacturing cost of the axial flow blade.
【技术实现步骤摘要】
一种复合材料轴流叶片主梁的设计方法
本专利技术涉及设计轴流叶片主梁设计
，具体涉及一种复合材料轴流叶片主梁的设计方法。
技术介绍
轴流风机，用途非常广泛，轴流式风机固定位置并使空气移动，就是与轴流叶片的轴同方向的气流，可应用于大型通风换热设备中，如冷却塔、风冷塔等。其中，轴流叶片为一种宽度、扭角变化平缓的宽弦叶片，大多包括叶根、梁、腹板和蒙皮等，其中叶根尺寸大多不足蒙皮宽度的1/3。轴流叶片为不规则的扭曲非对称壳体构件，是轴流风机的核心部件，其设计直接决定着整机的性能和制造成本。随着轴流机组单机通风换热容量的不断增加，轴流叶片越来越长，对其设计技术的要求也不断提高，在这一过程中，复合材料轴流叶片因具有良好的耐腐蚀性、抗疲劳、轻质高强度等特性而得到广泛的应用。轴流叶片设计可分为两个阶段，即气动设计阶段和结构设计阶段，在前一阶段通过选择轴流叶片几何最佳外形实现最大的通风目标，结构设计阶段包括轴流叶片复合材料选择和确定轴流叶片结构形式等，从而实现轴流叶片强度、刚度、稳定性等目标。结构设计过程包括初步结构设计、详细结构...
【技术保护点】
1.一种复合材料轴流叶片主梁的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：确定轴流叶片的载荷工况、外形尺寸、结构要求参数；/nS2：根据步骤S1中确定的外形尺寸、结构要求，构建所述轴流叶片的结构模型，并选择所述轴流叶片主梁的主结构、蒙皮、叶根的复合材料，确定复合材料的性能参数；/nS3：根据步骤S1中的参数、步骤S2中所述复合材料的性能参数，计算主结构的尺寸；/nS4：根据步骤S1中的参数、步骤S2中所述复合材料的性能参数，计算蒙皮的结构尺寸；/nS5：根据步骤S1中的参数、步骤S2中所述复合材料的性能参数、步骤S3中计算得到的主结构尺寸和步骤S4中计算得到的蒙皮结构尺寸...
【技术特征摘要】
1.一种复合材料轴流叶片主梁的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：确定轴流叶片的载荷工况、外形尺寸、结构要求参数；
S2：根据步骤S1中确定的外形尺寸、结构要求，构建所述轴流叶片的结构模型，并选择所述轴流叶片主梁的主结构、蒙皮、叶根的复合材料，确定复合材料的性能参数；
S3：根据步骤S1中的参数、步骤S2中所述复合材料的性能参数，计算主结构的尺寸；
S4：根据步骤S1中的参数、步骤S2中所述复合材料的性能参数，计算蒙皮的结构尺寸；
S5：根据步骤S1中的参数、步骤S2中所述复合材料的性能参数、步骤S3中计算得到的主结构尺寸和步骤S4中计算得到的蒙皮结构尺寸，计算得到主梁铺层数和铺层顺序；
S6：输出设计方案。
2.根据权利要求1所述的复合材料轴流叶片主梁的设计方法，其特征在于，
步骤S1中，所述载荷工况包括所述轴流叶片的压力面载荷、吸力面载荷和最大变形量；所述结构要求为所述轴流叶片主梁具有两个主结构和两块蒙皮，两个所述主结构的一端粘接，另一端与所述叶根连接，两块所述蒙皮分别设置在两个所述主结构的外侧且所述蒙皮前后缘端部相互粘接；所述外形尺寸包括所述轴流叶片的厚度、所述轴流叶片的宽度、所述轴流叶片的弦长、所述主梁的长度、所述主结构的宽度；
步骤S2中，所述复合材料的性能参数包括纤维方向模量，纤维横向模量，泊松比，面内剪切模量，纤维方向拉伸强度，纤维方向压缩强度，纤维横向拉伸强度，纤维横向压缩强度，面内剪切强度，单层厚度；
步骤S2中，还包括将构建得到的所述结构模型进行结构划分的步骤；具体为：沿所述轴流叶片的长度方向将所述轴流叶片均分为N段，得到N个微元；其中，N≥2。
3.根据权利要求2所述的复合材料轴流叶片主梁的设计方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S31：计算一个微元上的主梁主结构的弯矩；
S32：根据步骤S31中计算得到的主梁主结构的弯矩、所述复合材料的纤维方向拉伸强度和纤维方向压缩强度，计算主梁主结构的最小抗弯强度，进而计算出主梁主结构的最小厚度；
S33：校核步骤S32中得到的所述主梁主结构的最小厚度是否满足轴流叶片的变形要求；若不满足，则增加所述主梁主结构的最小厚度，直至得到满足要求的最小厚度；
S34：重复步骤S31-步骤S33，计算出全部微元的主梁主结构的最小厚度，得到主梁主结构的结构尺寸。
4.根据权利要求3所述的复合材料轴流叶片主梁的设计方法，其特征在于，
步骤S31中，按照如下公式计算微元上的主梁弯矩：
其中，i表示N个微元中的第i个，i＝1,2,3…N；Mbi为第i个微元的主梁弯矩；o表示轴流叶片的压力面，x表示主梁长度方向，为所述轴流叶片的压力面载荷的沿主梁长度方向的中心线上的等效线载荷；n表示轴流叶片的吸力面，为所述轴流叶片的吸力面压力载荷的沿主梁长度方向的中心线上的等效线载荷；li为第i个微元的长度，li＝L/N，L为主梁的长度；为第i-1个微元吸力面的主梁弯矩；
步骤S32中，按照如下公式计算微元上的主梁主结构抗弯强度：
Wbi为第i个微元的主梁抗弯强度，Xt为纤维方向拉伸强度，Xc为纤维方向压缩强度，tbi为第i个微元的主梁主结构的最小厚度，dbi为第i个微元两侧主梁距离的一半，d为主结构的宽度；
步骤S33中，按照如下公式校核微元的主梁主结构的最小厚度：
其中，δbi＝(N-i)lifbi，
其中，δbi为第i个微元的最大变形量，δ为所述轴流叶片的最大变形量，Ex值取所述复合材料的纤维方向模量。
5.根据权利要求4所述的复合材料轴流叶片主梁的设计方法，其特征在于，步骤S4包括：
S41：计算一个微元上的主梁蒙皮前缘弯矩和主梁蒙皮后缘弯矩；
S42：根据步骤S41中计算得到的主梁蒙皮前缘弯矩、主梁蒙皮后缘弯矩、所述复合材料的纤维方向拉伸强度和纤维方向压缩强度，计算主梁蒙皮前缘和主梁蒙皮后缘的最小抗弯刚度，进而计算出主梁蒙皮前缘和主梁蒙皮后缘的最小厚度；
S43：校核步骤S42中得到的主梁蒙皮前缘和主梁蒙皮后缘的最小厚度是否满足轴流叶片的变形要求；若不满足，则增加所述主梁蒙皮前缘和主梁蒙皮后缘的最小厚度，直至得到满足要求的最小厚度；
S44：重复步骤S41-步骤S43，计算出全部...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄其忠，王亚朋，张雪梅，王丹，田谋锋，黄巧艳，
申请(专利权)人：北京康姆特科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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