涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法及混合特征模拟件技术

本公开提供了一种涡轮叶片的混合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。该方法在涡轮叶片上根据应力储备系数阈值定位了不同特征部位，并进一步通过变截面参数模拟特征部位间应力的变化特征，以及通过特征模拟参数模拟了各特征部位分别对应的应力应变分布特征，使得在混合特征模拟件中可以整体考虑同一工况下不同特征部位的各自状态，以及不同特征部位间的关联影响，能够从整体上准确地模拟涡轮叶片的特征，从而有效提高测试准确率；而且通过一个混合特征模拟件能够同步针对多个关键部位进行表征，避免了冗余设计，缩短了设计周期，也降低了测试成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法及混合特征模拟件


[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的混合特征模拟件设计方法及混合特征模拟件。

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、高温等多种载荷的共同作用。在复杂的服役条件下，涡轮叶片容易在伸根榫头连接处、气膜孔处、叶根尾缘扰流柱劈缝等部位发生疲劳失效，包括低周疲劳失效、高周疲劳失效、振动疲劳失效、高温蠕变疲劳失效、高低周复合疲劳失效等，造成结构损坏。
[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研究。在涡轮叶片的特征模拟件设计中，通常基于待研究的问题，针对各关键部位分别设计对应的特征模拟件，以测试该关键部位在正常服役、疲劳失效等状态下的表现。
[0004]但是，涡轮叶片的结构复杂，且服役环境受多种载荷影响。在实际工作中，涡轮叶片上可能存在多个关键部位，不同关键部位在复杂载荷下有着相对独立的表现，但各关键部位间又可能互相影响。因此，目前的特征模拟件基于各关键部位分别设计得到，难以准确、完整地表征涡轮叶片的特征，使得测试准确率低；且分别针对不同关键部位设计对应的特征模拟件，也会造成冗余设计，使得设计周期长、成本高。
[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的混合特征模拟件设计方法及特征模拟件，通过混合特征模拟件准确、完整地表征涡轮叶片的特征，提高测试准确率，且同时缩短设计周期，并降低测试成本。
[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，提供一种涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法，其中，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，并获取涡轮叶片对应的危险阈值；根据第一分析结果、危险阈值，在涡轮叶片上确定两种以上特征部位；根据第一分析结果统计涡轮叶片上各特征部位间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特征部位间截面平均应力的变化特征；根据第一分析结果，确定各特征部位分别对应的应力应变分布以及应力梯度路径，并根据应力应变分布以及应力梯度路径确定各特征部位分别对应的特征模拟参数；根据特征模拟参数、变截面参数构建混合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迭代，至第一分析结果与第二分析结果符合设计条件，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，危险阈值为应力储备系数阈值，根据第一分析结果、危险阈值，在涡轮叶片上确定两种以上特征部位，包括：根据第一分析结果获得涡轮叶片对应的应力储备系数云图；在应力储备系数云图中，确定两种以上应力储备系数小于应力储备系数阈值的特征部位。
[0010]可选地，根据第一分析结果统计涡轮叶片上各特征部位间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：在涡轮叶片中各特征部位间，确定预设方向上截面平均应力的变化特征；根据截面平均应力的变化特征，获得特征部位间的第一特征变化曲线。
[0011]可选地，预设方向包括涡轮叶片宽度方向、涡轮叶片厚度方向中的至少一种；变截面参数包括变宽度参数、变厚度参数中的至少一种。
[0012]可选地，根据第一分析结果，确定各特征部位分别对应的应力应变分布以及应力梯度路径，并根据应力应变分布以及应力梯度路径确定各特征部位分别对应的特征模拟参数，包括：根据第一分析结果绘制涡轮叶片的应力云图；根据应力云图分别获取各特征部位对应的应力应变分布以及最大应力；在应力云图上沿最大应力的梯度方向，分别确定各特征部位对应的应力梯度路径；根据应力梯度路径绘制分别绘制各特征部位对应的第二特征变化曲线，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；根据各特征部位对应的应力应变分布、涡轮叶片上各特征部位对应的几何参数，以第二特征变化曲线为设计目标设计各特征部位分别对应的特征模拟参数。
[0013]根据本公开的第二个方面，提供一种涡轮叶片的混合特征模拟件，其中，涡轮叶片的混合特征模拟件包括试验段，试验段包括两种以上特征部位，特征部位用于模拟涡轮叶片中危险部位处的应力分布特征；试验段在特征部位间通过变截面模拟截面平均应力的变化特征。
[0014]可选地，涡轮叶片的混合特征模拟件还包括第一夹持端、第一过渡段、第二夹持端和第二过渡段；第一夹持端通过第一过渡段与试验段连接，第二夹持端通过第二过渡段与试验段连接。
[0015]可选地，涡轮叶片的混合特征模拟件通过第一方面所述的涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法得到。
[0016]本公开提供的涡轮叶片的混合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，并获取涡轮叶片的危险阈值；根据第一分析结果、危险阈值在涡轮叶片上确定两种以上特征部位；根据第一分析结果进一步统计各特征部位间的第一变化曲线，并以第一特征变化区域为设计目标设计变截面参数，其中，第一特征变化曲线可以表征特征部位间截面平均应力的变化特征；还根据第一分析结果确定各特征部分别对应的应力应变分布以及应力梯度路径，并根据应力应变分布以及应力梯度路径确定各特征部位分别对应的特征模拟参数；再基于变截面参数、特征模拟参数构建混合特征模拟件的几何模型，并根据第一分析结果对几何模型进行迭代，至对几何模型进行进行静强度分析后获得的第二分析结果与该第一分析结果符合设计条件，从而基于该几何模型完成对混合特征模拟件的设计。在本公开的方案中，在涡轮叶片上根据危险阈值定位了不同特征部位，并进一步通过变截面参数模拟特征部位间应力的变化特征，以及通过特征模拟参数模拟了各特征部位分
别对应的应力应变分布特征，使得在混合特征模拟件中可以整体考虑同一工况下不同特征部位的各自状态，以及不同特征部位间的关联影响，能够从整体上准确地模拟涡轮叶片的特征，从而有效提高测试准确率；而且通过一个混合特征模拟件能够同步针对多个关键部位进行表征，避免了冗余设计，缩短了设计周期，也降低了测试成本。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，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。
[0018]图1示出了一种涡轮叶片的结构示意图。
[0019]图2示出了本公开实施例提供的涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法的步骤流程图之一。
[0020]图3示出了本公开实施例提供的涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法的步骤流程图之二。
[0021]图4示出了本公开实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶片的混合特征模拟件设计方法，其特征在于，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对应的危险阈值；根据所述第一分析结果、所述危险阈值，在所述涡轮叶片上确定两种以上特征部位；根据所述第一分析结果统计所述涡轮叶片上各所述特征部位间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特征部位间截面平均应力的变化特征；根据所述第一分析结果，确定各所述特征部位分别对应的应力应变分布以及应力梯度路径，并根据所述应力应变分布以及所述应力梯度路径确定各所述特征部位分别对应的特征模拟参数；根据所述特征模拟参数、所述变截面参数构建所述混合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迭代，至所述第一分析结果与第二分析结果符合设计条件，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，所述危险阈值为应力储备系数阈值，所述根据所述第一分析结果、所述危险阈值，在所述涡轮叶片上确定两种以上特征部位，包括：根据所述第一分析结果获得所述涡轮叶片对应的应力储备系数云图；在所述应力储备系数云图中，确定两种以上应力储备系数小于所述应力储备系数阈值的特征部位。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统计所述涡轮叶片上各所述特征部位间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：在所述涡轮叶片中各所述特征部位间，确定预设方向上截面平均应力的变化特征；根据所述截面平均应力的变化特征，获得所述特征部位间的第一特征变化曲线。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设方向包括涡轮叶片宽度方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨未柱，陈昕杰，李磊，刘建军，朱西点，魏佳佳，李涛，孙景国，岳珠峰，
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：