一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法技术

一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，属于有限元自动建模技术领域。所述H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法包括：步骤1、确定设计参数，设计参数包括实心叶片外形数据和叶片内部特征参数；步骤2、将叶片沿径向分为实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段；步骤3、建立叶片空心段和实心段的有限元模型；步骤4、建立叶片过渡段有限元模型；步骤5、建立叶片的有限元模型：将叶片实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段的有限元模型进行组合，得叶片的有限元模型。所述H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法能够快速建立起直接用于计算的各类H型筋结构以及相似结构空心叶片的有限元模型。构空心叶片的有限元模型。构空心叶片的有限元模型。

【技术实现步骤摘要】
一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法


[0001]本专利技术涉及有限元自动建模
，特别涉及一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法。

技术介绍

[0002]目前，带桁架芯结构的风扇叶片建模方法已趋于成熟。对于无芯结构的风扇叶片，加强筋处于叶身的中空区域，空腔上边界、空腔下边界、空腔前缘、空腔后缘必须和叶身融为一体，其他部分的形状则要随弯扭的外形叶身自由曲面变化，导致加强筋的布局需要的复杂计算推导和高难度的建模。
[0003]现在常用的航空发动机空心风扇叶片设计方法往往是通过CAD类软件进行建模，再采用有限元计算软件进行网格划分和强度计算，若未满足强度要求，则需要调整参数重新建模，如此循环以达到强度要求。因此，叶片的结构设计需要对模型进行大量重复的建模工作，若采用往常的方法，每次都需要从头重新绘制，工作量大。
[0004]因此，本申请提出了一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的H型筋空心风扇叶片设计中需要重复建立有限元模型用于强度计算等技术问题，本专利技术提供了一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，能够快速建立起直接用于计算的各类H型筋结构以及相似结构空心叶片的有限元模型，大大缩短了建模与计算时间。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、确定设计参数：
[0009]所述设计参数包括实心叶片外形数据和叶片内部特征参数；
[0010]步骤2、沿径向将叶片分段：
[0011]将叶片沿径向分为实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段；
[0012]具体的，沿径向将叶片分段具体方式为：
[0013]在空腔上边界的截面为S2
′
，在空腔下边界的截面为S2；
[0014]空腔上边界的截面S2
′
向空腔一侧偏置设定距离，得到截面S1
′
；
[0015]空腔上边界的截面S2
′
向叶尖方向偏置设定距离，得到截面S3
′
；
[0016]空腔下边界的截面S2向空腔一侧偏置设定距离，得到截面S1；
[0017]空腔下边界的截面S2向叶根方向偏置设定距离，得到截面S3；
[0018]以截面S3、S1、S1
′
和S3
′
作为分段截面，将叶片沿径向分为实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段；
[0019]步骤3、建立叶片空心段和实心段的有限元模型：
[0020]步骤3.1、搭建叶片实心段和空心段每个截面的二维结构：
[0021]在所述实心段和空心段均设置若干层沿叶片弦向的空腔截面；
[0022]根据叶片内部特征参数，搭建叶片实心段和空心段每个空腔截面的二维结构；
[0023]步骤3.2、沿弦向将实心段和空心段每个空腔截面的二维结构划分为截面实心区域、截面壁板区域和截面圆角区域；
[0024]具体的，所述截面圆角区域为过渡圆角与其外侧设定范围内的实心部分构成的区域；所述截面实心区域为叶片前缘与相邻的截面圆角区域之间的区域，以及叶片后缘与相邻的截面圆角区域之间的区域；所述截面壁板区域为位于同一个空腔上的两个截面圆角区域之间的区域。
[0025]步骤3.3、为叶片实心段和空心段分配网格层数：
[0026]具体的，为叶片实心段和空心段分配网格层数的具体方式为：截面实心区域沿弦向的网格层数为NX1、沿厚度方向的网格层数为NY1；截面壁板区域沿弦向的网格层数为NX2、沿厚度方向的网格层数为NY2；截面圆角区域沿弦向的网格层数为NX3、沿厚度方向的网格层数均为NY3；并且，对于叶片实心段的每个空腔截面二维结构，NY1＝NY2＝NY3；对于叶片空心段每个空腔截面二维结构，NY1＝NY3；
[0027]叶片空心段沿径向的网格层数NZ1；叶片实心段沿径向的网格层数NZ2；
[0028]步骤3.4、建立叶片空心段和实心段的有限元模型；
[0029]在叶片空心段和实心段的的每个空腔截面二维结构建立四边形网格；
[0030]将相邻两层空腔截面二维结构的四边形网格进行连接，得到叶片空心段和实心段的六面体网格；
[0031]对六面体网格进行排序，得到叶片空心段和实心段的有限元模型；
[0032]具体的，在叶片空心段的每个空腔截面二维结构建立四边形网格的具体方式为：
[0033]对于截面实心区域和截面壁板区域，以棋盘式划分方法建立四边形网格；
[0034]对于截面圆角区域，以中弧线L
M
为分界线将截面圆角区域分为叶盆侧圆角子区域和叶背侧圆角子区域，在叶盆侧圆角子区域和叶背侧圆角子区域采用Y型切块法建立四边形网格；
[0035]将截面实心区域、截面壁板区域和截面圆角区域的四边形网格组合并沿弦向从叶片前缘至叶片后缘的顺序进行排序，得到叶片空心段每个空腔截面二维结构的四边形网格；
[0036]具体的，在叶片实心段的每个空腔截面二维结构建立四边形网格的具体方式为：
[0037]在叶片实心段每个空腔截面二维结构的截面实心区域、截面壁板区域和截面圆角区域以棋盘式划分方法建立四边形网格，并将三个区域的四边形网格组合并沿弦向从叶片前缘至叶片后缘的顺序进行排序，得到叶片实心段每个空腔截面二维结构的四边形网格；
[0038]步骤4、建立叶片过渡段有限元模型：
[0039]步骤4.1、建立过渡段立体模型，所述过渡段立体模型包括过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域；
[0040]具体的，建立过渡段立体模型具体方式为：
[0041]位于叶根部分的过渡段，将截面S1与截面S3上对应的截面实心区域、截面壁板区域和截面圆角区域之间进行立体填充，形成过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和
过渡段圆角立体区域，将过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域组合形成叶根部分的过渡段立体模型；
[0042]位于叶尖部分的过渡段，将截面S1
′
与截面S3
′
上对应的截面实心区域、截面壁板区域和截面圆角区域之间进行立体填充，形成过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域，将过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域组合形成叶尖部分的过渡段立体模型；
[0043]步骤4.2、为过渡段分配网格层数；
[0044]具体的，为过渡段分配网格层数的具体方式为：
[0045]过渡段实心立体区域沿弦向的网格层数为NX1、沿厚度方向的网格层数为NY1；
[0046]过渡段壁板立体区域沿弦向的网格层数为NX2，沿厚度方向的网格层数为NY4或NY5，其中，NY4＝N本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定设计参数，设计参数包括实心叶片外形数据和叶片内部特征参数；步骤2、将叶片沿径向分为实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段；步骤3、建立叶片空心段和实心段的有限元模型；步骤4、建立叶片过渡段有限元模型；步骤5、建立叶片的有限元模型：按照从叶根至叶尖的顺序，将叶片实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段的有限元模型进行组合，得叶片的有限元模型。2.根据权利要求1所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3.1、根据叶片内部特征参数，搭建叶片实心段和空心段每个空腔截面的二维结构；步骤3.2、沿弦向将实心段和空心段每个空腔截面的二维结构划分为截面实心区域、截面壁板区域和截面圆角区域；步骤3.3、为叶片实心段和空心段分配网格层数；步骤3.4、建立叶片空心段和实心段的有限元模型：在叶片空心段和实心段的的每个空腔截面二维结构建立四边形网格；将相邻两层空腔截面二维结构的四边形网格进行连接，得到叶片空心段和实心段的六面体网格；对六面体网格进行排序，得到叶片空心段和实心段的有限元模型。3.根据权利要求2所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，其特征在于，所述步骤4包括：步骤4.1、建立过渡段立体模型，所述过渡段立体模型包括过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域；步骤4.2、为过渡段分配网格层数；步骤4.3、为过渡段壁板立体区域、过渡段实心立体区域和过渡段圆角立体区域分别建立六面体网格；步骤4.4、将过渡段实心立体区域、过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域的六面体网格组合，并沿弦向从叶片前缘至叶片后缘的顺序进行排序，得到叶片过渡段有限元模型。4.根据权利要求3所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，其特征在于，所述步骤2中，沿径向将叶片分段具体方式为：在空腔上边界的截面为S2
′
，在空腔下边界的截面为S2；空腔上边界的截面S2
′
向空腔一侧偏置设定距离，得到截面S1
′
；空腔上边界的截面S2
′
向叶尖方向偏置设定距离，得到截面S3
′
；空腔下边界的截面S2向空腔一侧偏置设定距离，得到截面S1；空腔下边界的截面S2向叶根方向偏置设定距离，得到截面S3；以截面S3、S1、S1
′
和S3
′
作为分段截面，将叶片沿径向分为实心段、过渡段、空心段、过渡段和实心段。5.根据权利要求2所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，其特征在
于，所述步骤3.2中，所述截面圆角区域为过渡圆角与其外侧设定范围内的实心部分构成的区域；所述截面实心区域为叶片前缘与相邻的截面圆角区域之间的区域，以及叶片后缘与相邻的截面圆角区域之间的区域；所述截面壁板区域为位于同一个空腔上的两个截面圆角区域之间的区域。6.根据权利要求3所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法，其特征在于，所述步骤3.3中，为叶片实心段和空心段分配网格层数的具体方式为：截面实心区域沿弦向的网格层数为NX1、沿厚度方向的网格层数为NY1；截面壁板区域沿弦向的网格层数为NX2、沿厚度方向的网格层数为NY2；截面圆角区域沿弦向的网格层数为NX3、沿厚度方向的网格层数均为NY3；并且，对于叶片实心段的每个空腔截面二维结构，NY1＝NY2＝NY3；对于叶片空心段每个空腔截面二维结构，NY1＝NY3；叶片空心段沿径向的网格层数NZ1；叶片实心段沿径向的网格层数NZ2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋向华，马广璐，陈威宇，乔琛，刘悦，徐彦强，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：