【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机中的核心部件的叶盘，具体涉及一种基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法。
技术介绍
1、叶盘系统工作环境的复杂性和严峻性，导致叶片故障时有发生，此外，含拉筋、围带和叶冠等干摩擦阻尼结构的结合面会发生滑移-粘滞的微运动使得结合面存在复杂的非线性干摩擦力，导致失谐叶盘的振动响应问题更加严重，因此在研究叶盘系统振动响应问题上，有效考虑干摩擦结构结合面的微观形貌对宏观叶盘振动响应的影响，将微观结构与宏观行为相结合，发展可靠的宏微观相耦合的跨尺度模型，利用高效能算法，设计更高匹配度的多结合面参数，来提高叶盘系统安全性、保障机组高效的运行状态是十分有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，用以提高叶盘系统安全性、保障机组高效的运行状态是十分有必要的。
2、为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1，求解单个微凸体的法向接触刚度；
4、步骤2，对步骤1求解取得的所有等级微凸体的法向接触刚度求和，得到整个结合面的法相接触刚度；
5、步骤3，求解结合面的切向接触刚度；
6、步骤4，根据结合面的法相接触刚度和切向接触刚度，建立叶盘结合面界面动态干摩擦行为计算模型；
7、步骤5，根据步骤4得到的叶盘结合面界面动态干摩擦行为计算模型，建立考虑界面形貌及微运动
8、步骤6，根据步骤5得到的整圈叶盘系统动力学模型，采用广义多辛算法计算振动微分方程。
9、作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤1中，求解单个微凸体的法向接触刚度具体为：
10、根据不同等级微凸体承受的法向接触载荷及变形量，进而可以得到单个微凸体的接触刚度；因此，处于弹性变形阶段等级为n的微凸体的法向接触刚度为：
11、
12、式中δn为微凸体法向变形量；fne结合面发生完全弹性变形的法向接触载荷；an为等级为n的微凸体接触面积。
13、已知微凸体的高度公式：
14、
15、g为粗糙度参数；d为分形维数；γ随机轮廓的空间频率；l为测量仪器的采样长度；n微凸体的尺度等级；
16、同时当等级为n的微凸体自身高度hn不超过自身的弹性临界变形量δnec时，微凸体将经历完全弹性变形，即hn＝δnec：
17、
18、h结合面较软材料的硬度，k硬度系数；
19、联立公式(1),(2)和(3)可得等级为n的微凸体发生弹性变形时接触刚度与接触面积之间的关系为：
20、
21、同理可以得到处于第一弹塑性、第二弹塑性和完全塑性变形阶段的单个微凸体法向接触刚度为：
22、
23、
24、
25、式中：
26、kre——结合面处于完全弹性变形状态微凸体的法向
27、接触刚度；
28、krep1——结合面处于第一弹塑性变形状态微凸体的法向接触刚度；
29、krep2——结合面处于第二弹塑性变形状态微凸体的法向接触刚度；
30、krp——结合面处于完全塑性变形状态微凸体的法向接触刚度。
31、作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤2中，求解取得的所有等级微凸体的法向接触刚度求和，得到整个结合面的法相接触刚度，具体为：
32、将结合面所有等级微凸体的接触刚度求和，进而得到结合面整体的法向接触刚度kc：
33、kc＝kre+krep1+krep2+krp (8)
34、式中：
35、kre——结合面处于完全弹性变形状态微凸体的法向
36、接触刚度；
37、krep1——结合面处于第一弹塑性变形状态微凸体的法向接触刚度；
38、krep2——结合面处于第二弹塑性变形状态微凸体的法向接触刚度；
39、krp——结合面处于完全塑性变形状态微凸体的法向接触刚度；
40、其表达式分别为：
41、
42、
43、
44、
45、将结合面整体的法向接触刚度进行无量纲化：
46、
47、作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤3中，求解结合面的切向接触刚度，具体为：
48、为了得到结合面整体的切向接触刚度，首先要得到不同等级单个微凸体的切向接触刚度，单个微凸体的切向接触刚度ka：
49、
50、式中：
51、——结合面的等效剪切弹性模量；
52、t——单个微凸体的切向接触载荷；
53、结合面发生了弹性变形的微凸体可以继续承受切向载荷，发生塑性变形的微凸体将不能承受切向载荷；结合面整体的切向接触刚度等于发生前三个变形阶段微凸体的切向接触刚度的总和；结合面整体的切向接触刚度kt：
54、
55、式中：
56、kae——处于完全弹性状态微凸体切向接触刚度；
57、kaep1——处于第一弹塑性状态微凸体切向接触刚度；
58、kaep2——处于第二弹塑性状态微凸体切向接触刚度；
59、将干摩擦结构结合面整体的切向接触刚度进行无量纲化：第i接触单元的接触刚度为：
60、
61、式中：
62、kci——第i个接触单元的法向接触刚度；
63、kti——第i个接触单元的切向接触刚度；
64、ai——第i个接触单元的面积。
65、作为本专利技术的一种优选的技术方案，在所述步骤4中，根据结合面的法相接触刚度和切向接触刚度，建立叶盘结合面界面动态干摩擦行为计算模型，具体为：
66、点a、b为该接触单元的接触点对，连接两个叶片干摩擦结构的弹簧等效为结合面的法向接触刚度，点b所在面上的弹簧等效为干摩擦结构结合面切向接触刚度；kc表示干摩擦结构结合面的法向接触刚度，kt表示干摩擦结构结合面的切向接触刚度，n0表示干摩擦结构结合面的初始正压力；第i个时刻接触点对的轨迹坐标分别为：
67、
68、叶片干摩擦结构结合面接触点对之间的摩擦力计算如下：假设点a与其所在面始终保持粘滞，而点b会沿着其所在面发生粘滞和滑移的运动状态，在干摩擦结构接触面上建立局部坐标系；在局部坐标系下，接触点对在第i个时刻的相关参数如下：
69、干摩擦结构结合面的法向相对位移dz(i)：
70、
71、为a的法向坐标点；为b的法向坐标点；
72、干摩擦结构结合面的切向相对位移dt(i)：
73、
74、为a的x方向坐标点；为b的y本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤1中，求解单个微凸体的法向接触刚度具体为：
3.根据权利要求2所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤2中，对步骤1求解取得的所有等级微凸体的法向接触刚度求和，得到整个结合面的法相接触刚度，具体为：
4.根据权利要求3所述基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤3中，求解结合面的切向接触刚度，具体为：
5.根据权利要求4所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤4中，根据结合面的法相接触刚度和切向接触刚度，建立叶盘结合面界面动态干摩擦行为计算模型，具体为：
6.根据权利要求5所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤5中，根据步骤4得到的叶盘结合面界面动态干摩擦行为计算模型，建立考虑界面形貌及微运动的整圈叶盘系统动力学模型
7.根据权利要求6所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤6中，根据步骤5得到的整圈叶盘系统动力学模型，采用广义多辛算法计算振动微分方程，具体为：
...【技术特征摘要】
1.基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤1中，求解单个微凸体的法向接触刚度具体为：
3.根据权利要求2所述的基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤2中，对步骤1求解取得的所有等级微凸体的法向接触刚度求和，得到整个结合面的法相接触刚度，具体为：
4.根据权利要求3所述基于跨尺度建模的叶盘多结合面参数主动设计方法，其特征在于，在所述步骤3中，求解结合面的切向接触刚度，具体为：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：阚选恩，陈倬，吕延军，王权岱，张帆，胡伟鹏，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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