涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法及特征模拟件技术

本公开提供了一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法及特征模拟件，属于航空发动机及燃气轮机技术领域。该方法在构建叶身特征段时通过变截面设计表现叶身的截面平均应力随叶身高度的变化特征，并且在构建叶根尾缘特征段时结合几何特征以及其危险部位的应力、应变分布、最大应力梯度等特征，在简化设计、降低加工成本的同时，能够准确模拟叶片局部的应力集中情况，有效避免涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件在测试中的非目标区域损坏，降低试验难度的同时，提高试验有效性。提高试验有效性。提高试验有效性。

【技术实现步骤摘要】
涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法及特征模拟件


[0001]本公开涉及航空发动机及燃气轮机
，尤其涉及一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法及特征模拟件。

技术介绍

[0002]涡轮叶片是航空发动机及燃气轮机中发动机转子的核心部件，具有复杂的内部腔室与几何构造，承受着离心、气流、高温等复杂载荷的共同作用。在涡轮叶片中叶根尾缘整体厚度较薄，又极易产生大应力区域，还存在尾缘劈缝结构，使其易疲劳失效而损坏，影响航空发动机及燃气轮机的工作安全、使用寿命。因此，准确表征涡轮叶片在复杂载荷下的状态以研究其疲劳问题，对航空发动机及燃气轮机的整体结构设计至关重要。
[0003]目前，针对涡轮叶片的疲劳问题，常通过模拟件设计模拟其特征，并基于该模拟件进行载荷试验的方式实现。涡轮叶片主要包括叶身、叶根、缘板、伸根、榫头等结构，其中，叶身主要通过在不同高度采用不同截面形状以实现叶片的气动性；叶根呈倒角结构，在叶身与缘板之间作为过渡段；缘板用于形成独立的气流通道，避免高温燃气进入其他区域，通常呈方形外伸平台结构；伸根在缘板与榫头间作为过渡段，榫头连接在涡轮轮盘上，以将功率传输到与涡轮轮盘相连的转子上。
[0004]现有的模拟件通常主要考虑对涡轮叶片几何特征的模拟，存在设计复杂、加工成本高、试验难度大的问题；而且偏重于几何特征的设计，可能使得模拟件在测试中应力集中现象不明显，导致非目标区域损坏，影响试验结果的准确性。
[0005]
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

[0006]本公开的目的在于提供一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法及特征模拟件，以简化其设计流程，且降低加工成本、试验难度，在测试中可以更好地模拟的应力集中现象，避免非目标区域损坏，保证试验结果的准确性。
[0007]为实现上述专利技术目的，本公开采用如下技术方案：
[0008]根据本公开的第一个方面，提供一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法，其中，涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件包括连接的叶身特征段和叶根尾缘特征段，该方法可以包括：对涡轮叶片进行静强度分析获得第一分析结果，并获取涡轮叶片的几何参数；根据第一分析结果统计涡轮叶片中叶身的第一特征变化曲线，并以第一特征变化曲线为设计目标设计变截面参数，第一特征变化曲线用于表征叶身的截面平均应力随叶身高度的变化特征；根据第一分析结果确定涡轮叶片中叶根尾缘的危险部位应力应变分布以及应力梯度路径，并根据危险部位应力应变分布、应力梯度路径、几何参数设计倒角参数；根据变截面参数构建叶身特征段，并根据倒角参数构建叶根尾缘特征段，获得涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的几何模型；根据第一分析结果对几何模型进行调整，并在第二分析结果与第一
分析结果满足预置设计条件的情况下，基于几何模型完成涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的设计，第二分析结果通过对几何模型进行静强度分析获得。
[0009]可选地，根据第一分析结果统计涡轮叶片中叶身的第一特征变化曲线，并以第一特征变化曲线为设计目标设计变截面参数，包括：将涡轮叶片中叶身沿叶身高度划分为两个以上区块；根据第一分析结果统计每个区块内的单元平均应力，作为区块对应的截面平均应力；以区块对应的叶身高度为横轴，截面平均应力为纵轴绘制第一特征变化曲线；以第一特征变化曲线为设计目标，设计变截面宽度随变截面高度的变化率。
[0010]可选地，根据第一分析结果确定涡轮叶片中叶根尾缘的危险部位应力应变分布以及应力梯度路径，并根据危险部位应力应变分布、应力梯度路径、几何参数设计倒角参数，包括：根据第一分析结果绘制涡轮叶片的应力云图；根据应力云图在叶根尾缘中确定危险部位，并获取危险部位中的危险部位应力应变分布以及最大应力；在据应力云图上沿最大应力的梯度方向确定应力梯度路径；根据应力梯度路径绘制第二特征变化曲线，第二特征变化曲线用于表征应力梯度路径中最大应力的数值随路径长度的变化特征；根据危险部位应力应变分布、几何参数，以第二特征变化曲线为设计目标设计倒角参数。
[0011]可选地，根据第一分析结果对几何模型进行调整，并在第二分析结果与第一分析结果满足预置设计条件的情况下，基于几何模型完成涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的设计，包括：对几何模型进行静强度分析获得第二分析结果，并比较第一分析结果与第二分析结果；在第二分析结果与第一分析结果不符合预置设计条件的情况下，根据比较结果调整几何模型，并循环执行上述步骤；在第二分析结果与第一分析结果符合预置设计条件的情况下，基于几何模型完成涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的设计。
[0012]可选地，涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件还包括第一夹持端、过渡倒圆段和第二夹持端，根据变截面参数构建叶身特征段，并根据倒角参数构建叶根尾缘特征段，获得涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的几何模型，包括：设置第一截面；将第一截面沿拉伸方向平行拉伸至第二截面形成第一矩形立方体，并在第一矩形立方体的中心开设销钉孔，形成第一夹持端；在第二截面上设置第三截面，并将第三截面沿拉伸方向平行拉伸至第四截面，形成第二矩形立方体，第二矩形立方体的厚度小于第一矩形立方体的厚度；在第二矩形立方体的棱边以滚球进行滚球倒圆形成倒圆棱边，获得叶根尾缘特征段，第三截面、第四截面、滚球根据倒角参数设置；将第四截面沿拉伸方向根据变截面参数扫掠至第五截面，获得叶身特征段；以第五截面为基准沿拉伸方向绘制过渡倒圆草图，并根据过渡倒圆草图将第五截面拉伸至第六截面形成过渡倒圆段；将第六截面沿拉伸方向平行拉伸至第七截面形成第三矩形立方体，并在第三矩形立方体的中心开设销钉孔，形成第二夹持端。
[0013]根据本公开的第二个方面，提供一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件，其中，所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件包括连接的叶根尾缘特征段和叶身特征段；所述叶根尾缘特征段用于通过倒角结构模拟涡轮叶片中叶根尾缘处倒角位置的应力分布特征；所述叶身特征段用于通过变截面模拟涡轮叶片中叶身的截面平均应力随叶身高度的变化特征。
[0014]可选地，所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件还包括第一夹持端、过渡倒圆段和第二夹持端，所述第一夹持与所述叶根尾缘特征段连接，所述过渡倒圆段与所述叶身特征段连接，所述第二夹持端与所述过渡倒圆段连接，所述第一夹持端的厚度大于所述叶根尾缘特征段、所述叶身特征段、所述过渡倒圆段以及所述第二夹持端的厚度；所述第一夹持端
为矩形立方体结构。
[0015]可选地，所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件通过上述第一方面的涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法得到。
[0016]本公开提供的涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法，通过对涡轮叶片静强度分析获得第一分析结果，并获取其几何参数；再根据第一分析结果统计涡轮叶片中叶身的第一特征变化曲线，以第一特征变化曲线为设计目标设计变截面参数，第一特征变化曲线用于表征叶身的截面平均应力随叶身高度的变化特征；并根据第一分析结果确定涡轮叶片中叶根的危险部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法，其特征在于，所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件包括连接的叶身特征段和叶根尾缘特征段，所述方法包括：对涡轮叶片进行静强度分析获得第一分析结果，并获取所述涡轮叶片的几何参数；根据所述第一分析结果统计所述涡轮叶片中叶身的第一特征变化曲线，并以所述第一特征变化曲线为设计目标设计变截面参数，所述第一特征变化曲线用于表征所述叶身的截面平均应力随叶身高度的变化特征；根据所述第一分析结果确定所述涡轮叶片中叶根尾缘的危险部位应力应变分布以及应力梯度路径，并根据所述危险部位应力应变分布、所述应力梯度路径、所述几何参数设计倒角参数；根据所述变截面参数构建叶身特征段，并根据所述倒角参数构建叶根尾缘特征段，获得所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的几何模型；根据所述第一分析结果对所述几何模型进行调整，并在第二分析结果与所述第一分析结果满足预置设计条件的情况下，基于所述几何模型完成所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的设计，所述第二分析结果通过对所述几何模型进行静强度分析获得。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分析结果统计所述涡轮叶片中叶身的第一特征变化曲线，并以所述第一特征变化曲线为设计目标设计变截面参数，包括：将所述涡轮叶片中叶身沿叶身高度划分为两个以上区块；根据所述第一分析结果统计每个所述区块内的单元平均应力，作为所述区块对应的截面平均应力；以所述区块对应的叶身高度为横轴，所述截面平均应力为纵轴绘制所述第一特征变化曲线；以所述第一特征变化曲线为设计目标，设计变截面宽度随变截面高度的变化率。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分析结果确定所述涡轮叶片中叶根尾缘的危险部位应力应变分布以及应力梯度路径，并根据所述危险部位应力应变分布、所述应力梯度路径、所述几何参数设计倒角参数，包括：根据所述第一分析结果绘制所述涡轮叶片的应力云图；根据所述应力云图在所述叶根尾缘中确定危险部位，并获取所述危险部位中的危险部位应力应变分布以及最大应力；在所述据所述应力云图上沿所述最大应力的梯度方向确定应力梯度路径；根据所述应力梯度路径绘制第二特征变化曲线，所述第二特征变化曲线用于表征所述应力梯度路径中最大应力的数值随路径长度的变化特征；根据所述危险部位应力应变分布、所述几何参数，以所述第二特征变化曲线为设计目标设计所述倒角参数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一分析结果对所述几何模型进行调整，并在第二分析结果与所述第一分析结果满足预置设计条件的情况下，基于所述几何模型完成所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨未柱，李涛，孙景国，陈昕杰，李磊，岳珠峰，刘建军，王睿，苑天宇，孙培杰，魏佳佳，古一帆，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七零三研究所，
类型：发明
国别省市：