一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及航空发动机低循环疲劳试验领域，公开了一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法及系统，建立陪试盘基本模型，通过对陪试盘基本模型进行有限元分析得到陪试盘基本模型的整体等效应力分布，并对陪试盘基本模型进行优化得到陪试盘初步优化模型，通过优化使得陪试盘在疲劳试验下强度储备得到了提高，并通过与材料性能应力值以及S

【技术实现步骤摘要】
一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法及系统


[0001]本专利技术涉及航空发动机低循环疲劳试验领域，具体为一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法及系统。

技术介绍

[0002]航空发动机轮盘等旋转零件一般作为发动机的关键件，需要开展低循环疲劳试验、破坏试验等确定或验证其使用寿命，避免转子轮盘等旋转零件在严酷使用条件下发生疲劳破坏，打穿机匣，造成机毁人亡的灾难性事故。同时，发动机盘类零件的价格较为昂贵，做好陪试盘设计可有效减少或避免经济浪费。
[0003]发动机轮盘在装配时一般都施加有装配预紧力，工作时更有高转速、温度场、叶片离心力、气体冲击载荷等共同影响。为尽可能模拟发动机实际工作条件，确保试验结果的准确度，试验陪试盘设计的合理性尤为重要，不合理会导致陪试盘强度储备不足、不能真实模拟实际工作条件等，导致陪试盘先行萌生裂纹无法继续进行疲劳寿命试验、破坏试验或试验结果不真实，给发动机轮盘寿命确定或寿命摸底工作带来隐患。
[0004]由于发动机高、低压转子一般都是多级结构，多级轮盘联合开展试验花费高昂，且各级轮盘寿命有时差异较大，或不清楚各级盘的寿命情况，盲目开展多级盘联合试验时某一级轮盘发生疲劳裂纹或破坏即会导致试验终止，一方面造成更多的经济损失，另一方面不能很好的考核各级盘的疲劳寿命。因此，开展了旋转零件疲劳试验装置的设计方法研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中旋转零件陪试盘在疲劳试验下存在强度储备不足，无法真实模拟实际工作条件以及无法循环使用的问题，本专利技术提供一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法及系统。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，确定试验设备的连接尺寸以及实际发动机零件尺寸，分别建立陪试盘基本模型和实际发动机工作盘基本模型；
[0009]步骤2，将陪试盘与实际发动机工作盘进行三维装配，并施加试验载荷参数，对陪试盘基本模型和实际发动机工作盘基本模型进行有限元分析，得到陪试盘基本模型的整体等效应力和位移分布值，以及实际发动机工作盘在陪试盘基本模型试验状态下的整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；
[0010]步骤3，基于陪试盘基本模型以及陪试盘基本模型的整体等效应力分布中最大等效应力位置建立陪试盘初步优化模型；
[0011]步骤4，将陪试盘初步优化模型与实际发动机工作盘进行三维装配，施加试验载荷参数，对陪试盘初步优化模型和实际发动机工作盘基本模型进行有限元分析，得到陪试盘初步优化模型的整体等效应力和位移分布值，以及实际发动机工作盘在陪试盘初步优化模
型试验状态下的整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；
[0012]步骤5，将得到的陪试盘初步优化模型的整体等效应力分布中的最大等效应力、位移值以及基于陪试盘初步优化模型试验参数下的工作盘整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值与试验条件对比，当满足条件后完成旋转零件疲劳试验下陪试盘的设计。
[0013]优选的，步骤1中，在建立陪试盘基本模型中，陪试盘基板模型采用实心结构。
[0014]优选的，步骤2中，试验载荷参数包括实际工作载荷，确定试验转速和试验温度。
[0015]优选的，步骤3中，基于建立陪试盘初步优化模型的过程如下：
[0016]S1，基于陪试盘基本模型以及最大等效应力位置，获取若干陪试盘优化参数；
[0017]S2，根据陪试盘基本模型初始尺寸确定若干陪试盘优化参数的变化范围及中值；
[0018]S3，分析若干陪试盘优化参数的影响规律，得到优化参数变化规律图；
[0019]S4，根据优化参数变化规律图，确定影响显著的优化参数；
[0020]S5，分析影响显著的优化参数得到优化参数的数值；
[0021]S6，根据优化参数的数值建立陪试盘初步优化模型。
[0022]进一步的，所述陪试盘优化参数包括腹板后缘垂直高度V1，腹板后缘外侧与盘缘水平距离H2，腹板后缘水平距离H3，腹板后缘根部过渡圆角半径R4。
[0023]进一步的，根据若干陪试盘优化参数的影响规律，分别按照其中一个陪试盘优化参数在变化范围内变动，其余陪试盘优化参数保持不变并取的陪试盘优化参数变化范围中值，施加相同试验载荷，通过有限元逐一分析各陪试盘优化参数的影响规律。
[0024]优选的，步骤5中，试验条件如下：
[0025]当陪试盘初步优化模型的最大等效应力小于材料性能应力值以及S
‑
N曲线对应应力值，陪试盘可实现的位移值大于装配要求的目标值，以及基于陪试盘初步优化模型试验参数下的工作盘整体等效应力分布和最大等效应力位置与基于实际工作载荷参数下的工作盘整体等效应力分布和最大等效应力位置一致，且最大等效应力数值满足标准要求的试验载荷系数时，完成旋转零件疲劳试验下陪试盘的设计。
[0026]进一步的，根据实际工作载荷参数对实际发动机工作盘进行有限元分析，得到工作盘整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；其中，实际工作载荷参数包括装配载荷、离心载荷、温度载荷以及气动载荷。
[0027]一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计系统，包括
[0028]第一模型建立模块，用于确定试验设备的连接尺寸以及实际发动机零件尺寸，分别建立陪试盘基本模型和实际发动机工作盘基本模型；
[0029]第一处理模块，用于将陪试盘与实际发动机工作盘进行三维装配，并施加试验载荷参数，对陪试盘基本模型和实际发动机工作盘基本模型进行有限元分析，得到陪试盘基本模型的整体等效应力和位移分布值，以及实际发动机工作盘在陪试盘基本模型试验状态下的整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；
[0030]第二处理模块，用于基于陪试盘基本模型以及陪试盘基本模型的整体等效应力分布中最大等效应力位置建立陪试盘初步优化模型；
[0031]第三处理模块，用于将陪试盘初步优化模型与实际发动机工作盘进行三维装配，施加试验载荷参数，对陪试盘初步优化模型和实际发动机工作盘基本模型进行有限元分析，得到陪试盘初步优化模型的整体等效应力和位移分布值，以及实际发动机工作盘在陪
试盘初步优化模型试验状态下的整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；
[0032]比较模块，用于将得到的陪试盘初步优化模型的整体等效应力分布中的最大等效应力、位移值以及基于陪试盘初步优化模型试验参数下的工作盘整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值与试验条件对比，当满足条件后完成旋转零件疲劳试验下陪试盘的设计。
[0033]进一步的，第二处理模块包括：
[0034]获取模块，用于基于陪试盘基本模型以及最大等效应力位置，获取若干陪试盘优化参数；
[0035]第一确定模块，用于根据陪试盘基本模型初始尺寸确定若干陪试盘优化参数的变化范围及中值；
[0036]第一分析模块，用于分析若干陪试盘优化参数的影响规律，得到优化参数变化规律图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，确定试验设备的连接尺寸以及实际发动机零件尺寸，分别建立陪试盘基本模型和实际发动机工作盘基本模型；步骤2，将陪试盘与实际发动机工作盘进行三维装配，并施加试验载荷参数，对陪试盘基本模型和实际发动机工作盘基本模型进行有限元分析，得到陪试盘基本模型的整体等效应力和位移分布值，以及实际发动机工作盘在陪试盘基本模型试验状态下的整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；步骤3，基于陪试盘基本模型以及陪试盘基本模型的整体等效应力分布中最大等效应力位置建立陪试盘初步优化模型；步骤4，将陪试盘初步优化模型与实际发动机工作盘进行三维装配，施加试验载荷参数，对陪试盘初步优化模型和实际发动机工作盘基本模型进行有限元分析，得到陪试盘初步优化模型的整体等效应力和位移分布值，以及实际发动机工作盘在陪试盘初步优化模型试验状态下的整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值；步骤5，将得到的陪试盘初步优化模型的整体等效应力分布中的最大等效应力、位移值以及基于陪试盘初步优化模型试验参数下的工作盘整体等效应力分布和最大等效应力位置及数值与试验条件对比，当满足条件后完成旋转零件疲劳试验下陪试盘的设计。2.根据权利要求1所述的一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，其特征在于，步骤1中，在建立陪试盘基本模型中，陪试盘基板模型采用实心结构。3.根据权利要求1所述的一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，其特征在于，步骤2中，试验载荷参数包括实际工作载荷，确定试验转速和试验温度。4.根据权利要求1所述的一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，其特征在于，步骤3中，基于建立陪试盘初步优化模型的过程如下：S1，基于陪试盘基本模型以及最大等效应力位置，获取若干陪试盘优化参数；S2，根据陪试盘基本模型初始尺寸确定若干陪试盘优化参数的变化范围及中值；S3，分析若干陪试盘优化参数的影响规律，得到优化参数变化规律图；S4，根据优化参数变化规律图，确定影响显著的优化参数；S5，分析影响显著的优化参数得到优化参数的数值；S6，根据优化参数的数值建立陪试盘初步优化模型。5.根据权利要求4所述的一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，其特征在于，所述陪试盘优化参数包括腹板后缘垂直高度V1，腹板后缘外侧与盘缘水平距离H2，腹板后缘水平距离H3，腹板后缘根部过渡圆角半径R4。6.根据权利要求4所述的一种旋转零件疲劳试验下陪试盘设计方法，其特征在于，根据若干陪试盘优化参数的影响规律，分别按照其中一个陪试盘优化参数在变化范围内变动，其余陪试盘优化参数保持不变并取的陪试盘优化参数变化范围中值，施加相同试验载荷，通过有限元逐一分析各陪试盘优化参数的影响规律。7.根据权利要求1所述的一种旋转零件疲劳试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈俊辉，沈纲，沈晨，赖建和，张江伟，滕晓飞，李承彬，张军峰，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：