多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法，包括：建立第一分析模型、第二分析模型和第三分析模型；基于第一分析模型求解第一参数集，基于第二分析模型求解第二参数集，基于转子系统各主要结构的材料性能参数和工况参数求解第三参数集；设定第三分析模型的边界条件；求解第三分析模型对应的第四参数集。本发明专利技术基于燃气轮机转子系统热结构模型、二次系统模型和轴对称精细化接触模型，实现离心载荷、温度载荷和压力载荷的耦合联系，实现自动求解耦合力场作用对装配位置接触状态的影响，能显著提升燃气轮机转子系统装配位置接触状态随工况载荷变化的精度，为转子系统精细化结构设计和非线性振动故障机理分析奠定基础。机理分析奠定基础。机理分析奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法


[0001]本专利技术属于燃气轮机等大型转子设备系统装配关系接触状态分析
，具体地说，特别涉及一种多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法。

技术介绍

[0002]燃气轮机等大型转子设备的转子系统作为其核心零部件，在服役过程中会经历不断的起动、停车等，承受着来自各种多样工作任务的多种载荷，包括严酷的离心载荷、压力环境和气动热负荷等，并且转子系统各零部件在此过程中所承受的载荷可能会发生不同程度的相互叠加或抵消，各种载荷之间的相互作用，载荷间相互作用使得转子系统装配位置接触状态发生变化，是导致动力特性具有复杂的非线性和不确定性的原因之一。
[0003]目前的转子系统的设计与研究普遍采用单一物理场模型，未准确地模拟其真实的工作状态。此外，对于转子系统连接结构或装配工艺所引起的振动问题进行分析时，一般只针对单一连接结构静态连接参数进行影响分析，未充分考虑转子系统工作中所承受的离心载荷、压力场和气动热负荷等多种载荷耦合作用对其装配位置接触特性的影响和由此导致的转子系统力学特性变化问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法。技术方案如下：
[0005]一方面，提供了一种多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法，包括：
[0006]第一阶段：建立第一分析模型、第二分析模型和第三分析模型，其中，第一分析模型为求解转子系统热结构分析模型，第二分析模型为转子二次空气系统的分析模型，第三分析模型为转子系统精细化接触状态分析模型；
[0007]第二阶段：基于第一分析模型求解第一参数集，基于第二分析模型求解第二参数集，基于转子系统各主要结构的材料性能参数和工况参数求解第三参数集；其中，第一参数集包括转子系统温度体载荷，第二参数集包括转子二次空气系统的压力分布参数，第三参数集包括转子系统盘—轴—叶片部件离心载荷参数；
[0008]第三阶段：设定第三分析模型的边界条件；边界条件包括第二阶段中分别求解的第一参数集、第二参数集和第三参数集的温度体载荷、压力状态条件和离心载荷；
[0009]第四阶段：求解第三分析模型对应的第四参数集，第四参数集包括转子系统装配位置接触状态和接触应力分布参数。
[0010]进一步地，第三阶段的边界条件还包括转子系统支承自由度约束边界条件，各稳定工况对应的转速边界条件。
[0011]进一步地，在第三阶段，以耦合关系式建立第一分析模型、第二分析模型和第三分析模型的联系。
[0012]进一步地，基于转子系统结构和受载高度轴对称特性，采用轴对称有限元分析方法进行等效模拟。
[0013]进一步地，第一分析模型求解原理是基于发动机整机的性能方程及相似性原理，从其转子系统进、出气口温度参数求解转子系统关键部件的稳态温度场求解的边界条件，进一步求解转子系统热结构第一参数集。
[0014]进一步地，第二分析模型结合了转子系统的结构特征、气路、压力边界条件和密封装置的性能特点，建立一维空气网格计算转子二次空气系统第二参数集。
[0015]进一步地，第三分析模型保留了转子系统主要结构特征和连接结构力学特性，并通过有限元接触非线性求解方法对装配状态进行模拟，计算转子系统在多物理场耦合作用下第四参数集。
[0016]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0017]本专利技术提供的一种多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法，基于燃气轮机转子系统热结构模型、二次系统模型和轴对称精细化接触模型，实现离心载荷、温度载荷和压力载荷的耦合联系，分析过程中，可实现自动求解耦合力场作用对装配位置接触状态的影响，能显著提升燃气轮机转子系统装配位置接触状态随工况载荷变化的精度，为转子系统精细化结构设计和非线性振动故障机理分析奠定基础。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1为实施例多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法流程示意图；
[0020]图2为实施例中第一分析模型的示意图；
[0021]图3为实施例中第二分析模型的示意图；
[0022]图4为实施例中第三分析模型的示意图；
[0023]图5为实施例中第三分析模型关键接触位置的细节展示图一；
[0024]图6为实施例中第三分析模型关键接触位置的细节展示图二。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0026]如图1所示，多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法，包括以下步骤：
[0027]S1、建立转子系统第一分析模型、第二分析模型和第三分析模型，其中，第一分析模型为转子系统稳态温度场求解模型，第二分析模型为转子二次空气系统压力求解模型，第三分析模型为转子系统轴对称精细化接触模型；
[0028]S2、基于第一分析模型求解转子系统稳态温度场第一参数集，基于第二分析模型
求解转子系统主要腔室二次空气系统第二参数集，基于转子系统各主要结构的材料性能参数和工况参数求解离心载荷第三参数集；
[0029]S3、设定第三分析模型边界条件，边界条件包括第二阶段中求解的第一参数集、第二参数集和第三参数集的温度体载荷、压力状态条件和离心载荷，此外还包括转子系统支承自由度约束边界条件，各稳定工况施加转速边界条件，此过程中以耦合关系式建立第一分析模型、第二分析模型和第三分析模型的联系；
[0030]S4、求解第三分析模型对应的第四参数集，第四参数集包括转子结构关键装配位置的接触状态变化及接触应力分布状态。
[0031]实施例：
[0032]本实施例是以典型航空发动机核心机转子主要装配位置的接触状态为例，开展其离心载荷、温度体载荷、压力场载荷多物理场耦合作用下其装配位置接触状态变化研究。
[0033]该型核心机转子压气机部分包括9级叶盘和1级篦齿封严盘，并包括1级涡轮盘，支承方案为1—0—1。在对该结构进行合理简化和力学等效后，基于典型核心机转子分析对象建立的热稳态计算分析模型，用于求解温度分布第一参数集，即第一分析模型如图2所示，用于求解第一参数集。在图2中，T1为压气机入口温度，T2为压气机出口温度，T3为涡轮入口温度，T4为涡轮出口温度。
[0034]基于该型核心机转子建立的一维二次空气系统模型，即第二分析模型如图3所示，用于求解第二参数集。如图3所示，各元气件伴随有元气件编号，本文通过元气件编号进行对应位置的边界条件介绍。压力源元件1、13、23、27用于赋予关键部件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多物理场耦合影响下转子系统装配接触力学特性分析方法，其特征在于，包括：第一阶段：建立第一分析模型、第二分析模型和第三分析模型，其中，第一分析模型为求解转子系统热结构分析模型，第二分析模型为转子二次空气系统的分析模型，第三分析模型为转子系统精细化接触状态分析模型；第二阶段：基于第一分析模型求解第一参数集，基于第二分析模型求解第二参数集，基于转子系统各主要结构的材料性能参数和工况参数求解第三参数集；其中，第一参数集包括转子系统温度体载荷，第二参数集包括转子二次空气系统的压力分布参数，第三参数集包括转子系统盘—轴—叶片部件离心载荷参数；第三阶段：设定第三分析模型的边界条件；边界条件包括第二阶段中分别求解的第一参数集、第二参数集和第三参数集的温度体载荷、压力状态条件和离心载荷；第四阶段：求解第三分析模型对应的第四参数集，第四参数集包括转子系统装配位置接触状态和接触应力分布参数。2.如权利要求1的方法，其特征在于，第三阶段的边界条件还包括转子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：江志农，司瑞昕，左彦飞，吴易柳，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：