一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法技术

本发明专利技术提供一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法，以所述涡轮盘有限元分析模型中各个单元的相对密度为设计变量建立拓扑优化模型；提取所述拓扑优化模型中单元的材料在不同温度下的弹性模量，并线性拟合为一次函数，构建优化域内任意单元的弹性模量与设计变量的映射关系，将结构的拓扑优化问题转换为材料的最优分布问题；计算优化域内所有单元的灵敏度，对灵敏度进行归一化及过滤处理，将处理后的灵敏度进行排序得到数组，对数组进行更新；设置迭代终止判断条件，当结构体积满足设计要求并达到收敛标准时，输出优化结构，完成涡轮盘结构优化设计。本发明专利技术提供的优化方法，在满足涡轮盘结构的轻量化设计同时提高了轮盘结构的整体刚度性能。构的整体刚度性能。构的整体刚度性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，具体涉及一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法。

技术介绍

[0002]航空发动机主要由压气机、燃烧室和燃气涡轮组成，燃气涡轮作为航空发动机的动力核心，其作用是将高温燃气中的部分热能和压力能转换成机械能，从而带动压气机和附件工作。涡轮盘作为燃气涡轮的典型零部件，具有功率大、承载极高的燃气温度和极高转速的工作特点，因此需要对其性能进行优化，以满足长期在高温高压的恶劣环境中工作的需求。因此，实有必要提供一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是在于提供一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法，在满足涡轮盘结构的轻量化设计同时提高了轮盘结构的整体刚度性能。
[0004]为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：
[0005]一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]S1：建立简化的涡轮盘空间几何模型，结合航空发动机的实际工况本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立简化的涡轮盘空间几何模型，结合航空发动机的实际工况条件，构建涡轮盘有限元分析模型；S2：以所述涡轮盘有限元分析模型中各个单元的相对密度为设计变量，以结构总柔度最小为优化目标，以体积作为约束条件建立拓扑优化模型；S3：提取所述拓扑优化模型中单元的材料在不同温度下的弹性模量，并线性拟合为一次函数f
E
(T)，构建优化域内任意单元的弹性模量E(i)与设计变量x
i
的映射关系，将结构的拓扑优化问题转换为材料的最优分布问题，任意单元的弹性模量E(i)与设计变量x
i
的映射关系表示为：E(i)＝f
E
(T)
·
f(x
i
)E0f
E
(T)＝214.5
‑
0.069T式中，E0表示所述拓扑优化模型中实体单元的弹性模量；f
E
(T)表示温度与弹性模量线性拟合的函数，由该材料在温度为20℃、100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃和1000℃下的弹性模量线性拟合而成；f(x
i
)为材料插值函数，作用是为了让设计变量x
i
逼近0
‑
1分布；T为所述拓扑优化模型中单元的温度，p为插值函数的惩罚系数；S4：计算优化域内所有单元的灵敏度，对灵敏度进行归一化及过滤处理，将处理后的灵敏度进行排序得到数组，对数组进行更新；S5：设置迭代终止判断条件，当结构体积满足设计要求并达到收敛标准时，输出优化结构，完成涡轮盘结构优化设计。2.根据权利要求1所述的基于热力耦合的涡轮盘结构优化方法，其特征在于，所述涡轮盘结构包括位于中心的盘体以及沿盘体分布的多个叶片，所述步骤S1中“建立简化...

【专利技术属性】
技术研发人员：任毅如，丁超，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：