一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法技术

本发明专利技术公开了一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，涉及航空发动机技术领域。本发明专利技术包括：接收轮盘特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数；用有限元方法计算轮盘特征部位应力分布；建立棒状特征模拟件有限元模型，计算缺口参数对特征模拟件应力分布的影响；根据缺口参数拟合特征模拟件的归一化应力分布表达式；初步选择缺口几何参数，计算归一化应力分布并与轮盘特征部位归一化应力分布进行误差比较；调整缺口几何参数，重新计算应力分布，直到特征模拟件和轮盘特征部位归一化应力分布满足误差要求。本发明专利技术基于材料的临界距离，考虑了特征模拟件应力梯度和应力集中系数，能够充分反映轮盘榫槽、偏心孔等特征部位的疲劳应力特征。的疲劳应力特征。的疲劳应力特征。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机
，具体为一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法。

技术介绍

[0002]航空发动机轮盘由于其结构功能和轻量化的需求，不可避免的出现榫槽、偏心孔、凸台等结构，这些结构引起的应力集中区域往往是轮盘发生疲劳破坏的危险区域。由于发动机轮盘造价昂贵，难以进行大批量的疲劳试验，因此工程上在进行轮盘强度设计时，为了得到更加可靠的寿命数据，通常采用大量的特征模拟件试验和少量轮盘试验验证相结合的方法。
[0003]现有的模拟件多基于特征部位几何形状进行设计，形状和尺寸复杂多样，存在着加工困难和难以形成体系的缺点，为此，我们提出一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，能够使用同一形式的特征模拟件充分地反映航空发动机轮盘特征部位的应力集中和应力梯度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，包括：
[0006]接收轮盘特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数；
[0007]根据接收的特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数，利用有限元方法计算轮盘特征部位应力分布；
[0008]搭建棒状特征模拟件有限元模型，根据缺口参数计算其对棒状特征模拟件应力分布的影响，所述缺口参数包括平行段直径D、缺口根部截面直径d、缺口张开角度θ和缺口根部圆角半径ρ；/>[0009]根据缺口参数拟合棒状特征模拟件的归一化应力分布表达式，所述归一化应力为应力与最大应力的比值；
[0010]初步设置缺口参数，根据归一化应力分布表达式计算棒状特征模拟件归一化应力分布，并将其与轮盘特征部位归一化应力分布进行误差比较；
[0011]若误差不满足要求，调整缺口参数，重新计算应力分布，直到特征模拟件和轮盘特征部位归一化应力分布满足误差要求。
[0012]进一步的，所述特征部位包括航空发动机轮盘榫槽、偏心孔；所述实际工况包括轮盘工作温度、受到的离心载荷和气动载荷；所述轮盘材料参数包括密度、工作温度下的弹性模量、泊松比。
[0013]进一步的，所述轮盘实际工况通过外场发动机工作数据获取，轮盘材料参数通过材料手册或者工作温度下的材料性能试验获取。
[0014]进一步的，所述轮盘特征部位应力分布为轮盘特征部位沿最大应力梯度路径上的应力分布。
[0015]进一步的，所述棒状特征模拟件应力分布为缺口根部沿径向的应力分布。
[0016]进一步的，所述棒状特征模拟件包括夹持段、过渡段、平行段和环形沟槽缺口。
[0017]进一步的，所述归一化应力分布表达式通过给定棒状特征模拟件缺口参数计算缺口根部沿径向的归一化应力分布。
[0018]进一步的，所述归一化应力分布表达式用无量纲化参数D/d，ρ/d和θ进行拟合。
[0019]进一步的，所述轮盘特征部位应力及特征模拟件应力均为von Mises等效应力。
[0020]进一步的，所述误差为材料临界距离内棒状特征模拟件归一化应力与轮盘特征部位归一化应力的相对误差和应力集中系数的相对误差。
[0021]本专利技术至少具备以下有益效果：
[0022]本专利技术根据航空发动机轮盘特征部位的应力分布状态，基于临界距离方法，以带有环形沟槽缺口的棒状特征模拟件的形式，模拟特征部位的应力集中和应力梯度，使特征模拟件可用于模拟轮盘特征部位的应力集中状态，对于不同类型的特征部位，在满足模拟件设计原则的前提下采用同种形式的棒状特征模拟件；同时，使用线弹性仿真拟合的棒状特征模拟件考核部位应力分布表达式可用于不同材料的特征模拟件设计，简化了特征模拟件的设计流程并为特征模拟件的标准化创造了条件。
[0023]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0024]图1为本专利技术棒状特征模拟件的构造方法流程图；
[0025]图2为本专利技术实施例中发动机轮盘偏心孔沿最大应力梯度方向的归一化应力
‑
距离曲线；
[0026]图3为本专利技术实施例中发动机轮盘榫槽沿最大应力梯度方向的归一化应力
‑
距离曲线；
[0027]图4为本专利技术实施例中棒状特征模拟件的正视图；
[0028]图5为本专利技术实施例中棒状特征模拟件缺口的正视图；
[0029]图6为本专利技术实施例中棒状特征模拟件有限元模型及网格划分图；
[0030]图7为本专利技术实施例中棒状特征模拟件von Mises应力分布及缺口根部沿径向路径上的归一化应力分布曲线；
[0031]图8为本专利技术实施例中发动机轮盘偏心孔真实结构件应力分布和模拟件的应力分布示意图；
[0032]图9为本专利技术实施例中发动机轮盘榫槽真实结构件应力分布和模拟件的应力分布示意图。
具体实施方式
[0033]下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它
实施例，都属于本公开保护的范围。
[0034]常见的缺口疲劳分析方法包括名义应力法、局部应力应变法、临界距离法，其中临界距离法被认为具有较准确的寿命预测，本申请基于临界距离法提出的棒状特征模拟件设计准则包括：(1).与构件材料及性能一致；(2).应力集中系数一致；(3).临界距离内的应力梯度与构件一致。通过改变棒状模拟件上环形沟槽的尺寸使模拟件的应力集中系数和应力梯度与实际轮盘特征部位的相似度达到90％以上。
[0035]请参阅图1，本专利技术提供一种技术方案：一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，包括：
[0036]接收轮盘特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数；
[0037]根据接收的特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数，利用有限元方法计算轮盘特征部位应力分布；
[0038]搭建棒状特征模拟件有限元模型，根据缺口参数计算其对棒状特征模拟件应力分布的影响，所述缺口参数包括平行段直径D、缺口根部截面直径d、缺口张开角度θ和缺口根部圆角半径ρ；
[0039]根据缺口参数拟合棒状特征模拟件的归一化应力分布表达式，所述归一化应力为应力与最大应力的比值；
[0040]初步设置缺口参数，根据归一化应力分布表达式计算棒状特征模拟件归一化应力分布，并将其与轮盘特征部位归一化应力分布进行误差比较；
[0041]若误差不满足要求，调整缺口参数，重新计算应力分布，直到特征模拟件和轮盘特征部位归一化应力分布满足误差要求。
[0042]具体实施例步骤如下：
[0043]S1.获取轮盘特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数，特征部位包括航空发动机轮盘榫槽、偏心孔；实际工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，其特征在于，包括；接收轮盘特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数；根据接收的特征部位几何模型、实际工况和轮盘材料参数，利用有限元方法计算轮盘特征部位应力分布；搭建棒状特征模拟件有限元模型，根据缺口参数计算其对棒状特征模拟件应力分布的影响，所述缺口参数包括平行段直径D、缺口根部截面直径d、缺口张开角度θ和缺口根部圆角半径ρ；根据缺口参数拟合棒状特征模拟件的归一化应力分布表达式，所述归一化应力为应力与最大应力的比值；初步设置缺口参数，根据归一化应力分布表达式计算棒状特征模拟件归一化应力分布，并将其与轮盘特征部位归一化应力分布进行误差比较；若误差不满足要求，调整缺口参数，重新计算应力分布，直到特征模拟件和轮盘特征部位归一化应力分布满足误差要求。2.根据权利要求1所述的一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，其特征在于：所述特征部位包括航空发动机轮盘榫槽、偏心孔；所述实际工况包括轮盘工作温度、受到的离心载荷和气动载荷；所述轮盘材料参数包括密度、工作温度下的弹性模量、泊松比。3.根据权利要求2所述的一种航空发动机轮盘棒状特征模拟件构造方法，其特征在于：所述轮盘实际工况通过外场发动机工作数据获取，轮盘材料参数通过材料手册或者工作温度下的材料性能试验获取。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培伟，孙前杨，张大海，艾兴，罗鹏，徐福健，
申请(专利权)人：江苏空天先进结构研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：