一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法，属于航空航天发动机技术领域。本发明专利技术能够通过有限元编程语言为设计目标自动设定材料属性、自动划分网格、自动施加载荷和约束、自动计算求解并提取设计需要的应变和应力值，根据计算提取结果自动搜索优化路径进行优化迭代。本发明专利技术是一种工作量小、省时省力、研发周期短的空气涡轮起动机叶盘结构尺寸优化方法，能帮助设计人员在设计阶段对空气涡轮起动机涡轮叶盘进行结构尺寸优化，快速获得符合设计要求的设计结果。

An iterative optimization design method for turbine disk of air turbine starter

【技术实现步骤摘要】
一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法
本专利技术涉及空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计
，尤其涉及一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法。
技术介绍
航空发动机是一种极限产品，需要在高温、高压、高转速的工作状态下持续工作；随着航空发动机性能的不断提升，对发动机部件轻量化、高可靠性、高寿命提出了更高的要求。空气涡轮起动机涡轮叶盘结构比较复杂，材料成本高，需要在设计阶段综合考虑其其性能，借助有限元方法对设计进行评估，再通过“设计-分析-修改设计-重分析”这个过程需要反复的进行，不断找寻最优设计。根据传统方法，设计人员在进行涡轮叶盘设计的过程中多采用CAD(ComputerAidedDesign)技术进行建模，由强度专业人员利用CAE(ComputerAidedEngineering)技术进行该结构的强度分析，根据分析结果向结构设计人员提出相应的改进建议后，再由结构设计人员进行结构改进。然而，反复“设计-分析-修改设计-重分析”需要消耗大量人力和时间，尤其是根据设计经验修改模型尺寸需要多次尝试，这一直以来是制约航空发动机研制周本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：对涡轮叶盘进行结构拓扑优化及拓扑几何特征提取；/n步骤2：涡轮叶盘静强度约束和疲劳可靠性设计及涡轮叶盘形状结构方案设计；/n步骤3：空气涡轮起动机涡轮叶盘参数化建模和涡轮叶片3D建模结合建模；/n步骤4：利用有限元软件自动读取材料属性、求解计算、寻找优化路径、迭代循环并判断收敛；/n步骤5：对该设计方案下设计目标进行评估并进行破裂转速、临界转速等可靠性验证，如果验证通过，则完成设计，否则重复步骤2-5。/n

【技术特征摘要】
1.一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对涡轮叶盘进行结构拓扑优化及拓扑几何特征提取；
步骤2：涡轮叶盘静强度约束和疲劳可靠性设计及涡轮叶盘形状结构方案设计；
步骤3：空气涡轮起动机涡轮叶盘参数化建模和涡轮叶片3D建模结合建模；
步骤4：利用有限元软件自动读取材料属性、求解计算、寻找优化路径、迭代循环并判断收敛；
步骤5：对该设计方案下设计目标进行评估并进行破裂转速、临界转速等可靠性验证，如果验证通过，则完成设计，否则重复步骤2-5。


2.根据权利要求1所述的一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法，其特征在于，步骤1的具体步骤包括：
步骤1.1：在有限元软件ANSYS中建立涡轮叶盘等厚度模型，对模型施加约束和惯性载荷；
步骤1.2：将涡轮叶盘等厚度模型划分为非优化区域和优化区域，以柔度最小作为优化目标，对优化区域进行优化，得到拓扑优化后的涡轮叶盘结构；
步骤1.3：提取拓扑优化后的涡轮叶盘结构几何特征。


3.根据权利要求1所述的一种空气涡轮起动机涡轮叶盘迭代优化设计方法，其特征在于，步骤2的具体步骤包括：
步骤2.1：确定涡轮叶盘的静强度约束，包括根据行业标准确定涡轮叶盘最大离心径向应力、辐板周向应力、平均周向应力、盘内径的周向应力的安全系数；
步骤2.2：确定涡轮叶盘的疲劳约束，获得工作状态下、规定寿命的最大应力值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志刚，邹鹏健，牛序铭，陈西辉，宋迎东，刘茜，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32