发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法及系统，方法包括设置3D单元数组和2D单元数组；遍历3D单元中所有层的所有单元的节点号得到2D总体节点号，并计算其坐标值；根据2D单元总体节点号计算2D单元的单元节点编号；遍历3D单元中所有层的所有单元的节点，计算3D单元的体积，以及遍历2D单元中所有节点，计算2D单元的面积；根据3D单元的体积和2D单元的面积计算2D单元的厚度；输出2D单元的节点坐标和单元信息。本发明专利技术可实现航空发动机转子叶片由20节点6面体实体单元网格向8节点4边形平面应力单元的自动转换，从而节省大量人力，大大缩短计算周期，也为后续转子的高精度有限元计算及优化设计提供基础。有限元计算及优化设计提供基础。有限元计算及优化设计提供基础。

【技术实现步骤摘要】
发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法及系统


[0001]本专利技术涉及发动机动力学设计领域，尤其是指一种发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法及系统。

技术介绍

[0002]航空发动机轮盘在高转速下工作，其强度直接关系到发动机的安全，是航空发动机首要的关键零件。如图1所示，在进行发动机轮盘强度计算时，往往采用2D的环单元，例如8节点4边形环单元。这种单元是有限元常用2D单元中精度最高的。同阶次的2D单元(例如2D的8节点4边形2阶单元)比3D单元(20节点6面体2阶单元)精度高。由于2D单元计算规模远比3D单元的小，网格可以划分得很小(见图2)，因此计算精度比采用3D单元的可进一步提高，尤其是形状变化较大的小倒圆处更是如此，见图2所示。为了计及轮盘之间的相互作用，往往对多个轮盘的转子组件或如图1所示，对整个发动机转子轮盘一起计算，此时采用2D单元比采用3D单元具有明显的优势。在进行轮盘结构优化设计或者进行弹塑性分析时，采用2D单元比采用3D单元可以节省大量的时间，因此采用2D单元比采用3D单元也有明显的优势。
[0003]因此，迫切需本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：设置3D单元数组和2D单元数组，输入每个3D单元的节点号并保存在3D单元数组中；S2：遍历所述3D单元中所有层的所有单元的节点号得到2D单元的节点号，并计算所述2D单元节点号的坐标值；S3：根据所述2D总体节点号计算2D单元的单元节点编号并存入2D单元数组；S4：遍历所述3D单元中所有层的所有单元的节点，计算所述3D单元的体积，以及遍历所述2D单元中所有节点，计算所述2D单元的面积；S5：根据所述3D单元的体积和所述2D单元的面积计算所述2D单元的厚度；S6：输出所述2D单元的节点坐标和单元信息。2.根据权利要求1所述的一种发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法，其特征在于：在步骤S2中，遍历所述3D单元中所有层的所有单元的节点号得到2D单元的节点号的方法，包括：规定所述3D单元的排序方式和所述2D单元的排序方式相同，其中排序方式为先从左往右排列，再从下往上排列；设每层单元数为NC，共NL层单元，i＝1,2,
…
,NL为从下至上的层号，j＝1,2,
…
NC为每层单元从左至右的排序号，L为2D单元节点号，则有：对于3D单元局部节点号12有：L＝(i
‑
1)(3NC+2)+2(j
‑
1)+1对于3D单元局部节点号9、11，有：L＝(i
‑
1)(3NC+2)+2(j
‑
1)+2对于3D单元局部节点号17、20，有：L＝(i
‑
1)(3NC+2)+2NC+j+1当i＝1，j从1增加到j＝NC时，获得1～12节点和14～19节点，此时再设j＝NC+1，获得13、20节点，至此第一层的1～20节点全部获得；然后获得剩余层的所有节点号。3.根据权利要求2所述的一种发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法，其特征在于：在步骤S2中，计算所述2D单元节点号的坐标值的方法为：遍历所述3D单元中所有层的所有单元的节点号得到的2D单元的节点坐标仍是空间的直角坐标，通过下式将节点直角坐标转换为圆柱坐标：x
i
＝x
i
其中，(r
i
,x
i
)表示节点圆柱坐标，(x
i
，y
i
，z
i
)表示节点直角坐标。4.根据权利要求2所述的一种发动机转子叶片平面应力单元网格转换方法，其特征在于：在步骤S3中，根据所述2D总体节点号计算2D单元的单元节点编号并存入2D单元数组的方法，包括：设2D单元数组为E2d[][]，则有：Ie＝i
×
NC+jE2d[Ie][1]＝(i
‑
1)(3NC+2)+2(j
‑
1)+1E2d[Ie][2]＝E2d[Ie][1]+2
E2d[Ie][5]＝E2d[Ie][1]+1E2d[Ie][8]＝(i
‑
1)(3NC+2)+2NC+j+1E2d[Ie][6]＝E2d[Ie][8]+1E2d[Ie][4]＝E2d[Ie][1]+3NC+2E2d[Ie][3]＝E2d[Ie]...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振兴，傅名伟，潘信予，代钰，薛园园，赵运生，丁建国，蔡显新，
申请(专利权)人：太仓点石航空动力有限公司，
类型：发明
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