一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法技术

本发明专利技术提供了一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，包括获取静子叶片叶身中部薄弱位置和叶身根部薄弱位置；定义动强度储备比值，以及动强度储备比值阈值的上限值和下限值；计算静子叶片动强度储备比值；比较动强度储备比值与动强度储备比值阈值，依据比较结果优化静子叶片结构参数；对优化后静子叶片进行高周疲劳试验或仿真分析，评估优化后静子叶片的抗弦向弯曲振动性能。本发明专利技术设计的优化方法，在不改变叶片数量和叶型的基础上，通过对静子叶片的结构进行微调，可以减小对静子叶片性能影响、降低结构改动风险、改善叶身振动应力分布，提高叶片抗弦弯振动能力。提高叶片抗弦弯振动能力。提高叶片抗弦弯振动能力。

【技术实现步骤摘要】
一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法


[0001]本专利技术属于航空发动机叶片设计领域，涉及静子叶片减振设计技术，具体涉及一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法。

技术介绍

[0002]压气机高压级静子叶片设计过程中，经常使用带内、外缘板的设计方式，这种结构可以提高静子叶片的刚性及自振频率，此外内缘板还可作为级间封严的封严环。目前，为抑制叶片颤振、提高气流稳定性，高压压气机后几级的静子叶片通常采用小展弦比叶片，且随着叶片级数升高叶片的展弦比逐渐降低，其中展弦比为沿展向长度与沿径向长度的比值，它代表了叶片的相对长度或相对宽度，是影响叶盘系统振动特征的重要几何参数之一。
[0003]压气机高压级静子叶片工作过程中，出现的固有频率振动一般包括弯曲振动、扭转振动、弦向弯曲振动三类基础振动，以及由三种基础振动组合成的复合振动。在早期发动机设计过程中，多采用大展弦比叶片，因此叶片故障多由弯曲振动或扭转振动导致，而静子叶片故障形式多表现为叶身与缘板过渡位置出现裂纹。而随着展弦比的降低，弦向弯曲振型的频率相对于弯曲、扭转振动下降，由弦向弯曲振动而导致的静子叶片的裂纹故障逐渐增多，主要表现为叶根、叶身与缘板过渡位置裂纹和叶身中部径向裂纹，这使得弦向弯曲振型更容易导致叶片出现叶身掉块的问题。
[0004]目前，针对弯曲振动与扭转振动问题，一般采用提高裂纹位置的动强度储备的方式克服，在实际操作过程中，通常采用增加叶身与缘板过渡位置的厚度，因此带内、外缘板的静子叶片的叶身厚度分布一般为叶尖、叶根位置较厚，叶身中部位置厚度较薄。
[0005]但是，弦向弯曲振动存在过渡位置与叶身中部位置两个薄弱位置，通过提高单个位置的动强度储备的方式可能会导致另一个位置振动恶化的现象，使得静子叶片的抗弦向弯曲振动能力较弱。
[0006]鉴于此，需要对静子叶片的抗弦向弯曲振动优化进行设计，使设计后的静子叶片具有较强的抗弦向弯曲振动能力。

技术实现思路

[0007]为了使静子叶片的振动应力均匀化，提高静子叶片整体的抗弦向弯曲振动能力，本专利技术公开了一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，该方法的设计思路是采用动强度储备比值作为优化设计的调整指标，通过对静子叶片典型参数的控制，综合协调薄弱位置的动强度储备，以实现提高叶片整体的抗弦向弯曲振动能力的目的。
[0008]实现专利技术目的的技术方案如下：一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，包括以下步骤：S1、对静子叶片进行振动分析，获取静子叶片的薄弱位置，所述薄弱位置包括叶身中部和叶身根部；S2、定义叶身中部动强度储备与叶身根部动强度储备的比值为动强度储备比值，
并设定动强度储备比值阈值的上限值和下限值；S3、获取叶身中部动强度储备、叶身根部动强度储备，并计算动强度储备比值；S4、比较动强度储备比值与动强度储备比值阈值，依据比较结果优化静子叶片结构参数，直至优化后静子叶片的动强度储备比值在上限值和下限值范围内；S5、对优化后静子叶片进行高周疲劳试验或仿真分析，评估优化后静子叶片的抗弦向弯曲振动性能。
[0009]进一步地，步骤S3中，所述获取叶身中部动强度储备、叶身根部动强度储备，方法包括：S31、在稳态应力加载下条件下，获取叶身中部的最大许用振动应力及实际振动应力，计算最大许用振动应力与实际振动应力的比值作为叶身中部动强度储备；S32、在稳态应力加载下条件下，获取多个叶身根部的最大许用振动应力及实际振动应力，计算最大许用振动应力与实际振动应力的比值作为各个叶身根部的动强度储备；S33、依据所有叶身根部的动强度储备，计算叶身根部动强度储备。
[0010]更进一步地，步骤S31和步骤S32中，实际振动应力的获取方法，包括：通过对静子叶片试验，获取所述实际振动应力；或者，将静子叶片设计阶段的相对振动应力作为实际振动应力。
[0011]更进一步地，步骤S32中，计算叶身根部动强度储备的叶身根部有4个。
[0012]优选的，步骤S33中，所述依据所有叶身根部的动强度储备，计算叶身根部动强度储备，包括：选择4个叶身根部中稳态应力最大的叶身根部所对应的最大许用振动应力及实际振动应力，计算叶身根部动强度储备；或者，计算4个叶身根部的动强度储备的平均值，作为叶身根部动强度储备。
[0013]进一步地，步骤S2中，所述动强度储备比值阈值的上限值为2
±
0.1，下限值为1
±
0.1。
[0014]进一步地，步骤S4中，所述静子叶片结构参数包括缘板与叶身之间的夹角、缘板与叶身之间的相对厚度、以及叶身厚度分布。
[0015]更进一步地，步骤S4中，所述比较动强度储备比值与动强度储备比值阈值，依据比较结果优化静子叶片结构参数，直至优化后静子叶片的动强度储备比值在上限值和下限值范围内，包括：S41、当动强度储备比值＞动强度储备比值阈值的上限值时，采用增大缘板与叶身之间的夹角、减小缘板与叶身之间的相对厚度、减小叶身中部节径线位置厚度中任意一种方式减小动强度储备比值，直至优化后静子叶片的动强度储备比值在上限值和下限值范围内；S42、当动强度储备比值＜动强度储备比值阈值的下限值时，采用减小缘板与叶身之间的夹角、增大缘板与叶身之间的相对厚度、增大叶身中部节径线位置厚度中任意一种方式增大动强度储备比值，直至优化后静子叶片的动强度储备比值在上限值和下限值范围内。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术设计的带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，在不改变叶片数量和叶型的基础上，通过对静子叶片的结构进
行微调，可以减小对静子叶片性能影响、降低结构改动风险、改善叶身振动应力分布，以大幅度提高叶片抗弦弯振动能力。
[0017]例如：通过调整缘板与叶身之间的夹角调整，可以调整叶根位置应力集中程度；通过调整缘板与叶身之间的相对厚度，可以调整支撑刚性、改变应力分布；通过调整叶身中部节径线位置厚度（即调整叶身厚度分布），可以调整相对振动应力分布；通过以上任意一种或多种调整方式，可以大幅度提高优化后静子叶片的抗弦向弯曲振动能力。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0019]图1为本专利技术带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法的流程图。
具体实施方式
[0020]下面结合具体实施例来进一步描述本专利技术，本专利技术的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本专利技术的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本专利技术的精神和范围下可以对本专利技术技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本专利技术的保护范围内。
[0021]本具体实施方式公开了一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，参见图1所示，抗弦向弯曲振动优化方法包括以下步骤：S1、对静子叶片进行振动分析，获取静子叶片的薄弱位置，所述薄弱位置包括叶身中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带缘板压气机静子叶片的抗弦向弯曲振动优化方法，其特征在于，包括以下步骤：对静子叶片进行振动分析，获取静子叶片的薄弱位置，所述薄弱位置包括叶身中部和叶身根部；定义叶身中部动强度储备与叶身根部动强度储备的比值为动强度储备比值，并设定动强度储备比值阈值的上限值和下限值；获取叶身中部动强度储备、叶身根部动强度储备，计算动强度储备比值；比较动强度储备比值与动强度储备比值阈值，依据比较结果优化静子叶片结构参数，直至优化后静子叶片的动强度储备比值在上限值和下限值范围内；对优化后静子叶片进行高周疲劳试验或仿真分析，评估优化后静子叶片的抗弦向弯曲振动性能。2.根据权利要求1所述的抗弦向弯曲振动优化方法，其特征在于，所述获取叶身中部动强度储备、叶身根部动强度储备，方法包括：在稳态应力加载下条件下，获取叶身中部的最大许用振动应力及实际振动应力，计算最大许用振动应力与实际振动应力的比值作为叶身中部动强度储备；在稳态应力加载下条件下，获取多个叶身根部的最大许用振动应力及实际振动应力，计算最大许用振动应力与实际振动应力的比值作为各个叶身根部的动强度储备；依据所有叶身根部的动强度储备，计算叶身根部动强度储备。3.根据权利要求2所述的抗弦向弯曲振动优化方法，其特征在于，实际振动应力的获取方法，包括：通过对静子叶片试验，获取所述实际振动应力；或者，将静子叶片设计阶段的相对振动应力作为实际振动应力。4.根据权利要求3所述的抗弦向弯曲振动优化方法，其特征在于，计算叶身根部动强度储备的叶身根部有4个。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：程荣辉，高伟思，张少平，庞燕龙，孙海鹤，周云来，张学宝，张一彬，殷玲，杨飞兵，李盛翔，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：