【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机，具体涉及到一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法。
技术介绍
1、受服役环境中高温、高压、高速气流及交变冲刷作用力的作用，涡轮叶片是航空发动机中工作负荷与损伤最大的零部件，其设计制造及损伤调控已成为制约我国航空发动机性能发展的主要因素。
2、随着航空发动机对性能要求的提高，先进发动机涡轮工作叶片多采用锯齿形叶冠结构设计。锯齿形带冠涡轮叶片通过预扭安装使工作面间相互抵紧，在服役过程中相互摩擦，吸收振动能量，达到减小叶片振动，提高涡轮效率的作用。但服役受离心载荷、气动载荷与温度载荷等复杂作用影响，带冠涡轮叶片发生扭转、滑移、振动、磨损等耦合响应。随长时间服役，叶冠结构逐渐失效并产生间隙，涡轮叶片损伤严重。因此，在设计制造阶段，合理计算涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性、预设锯齿冠工作面紧度是提升带冠涡轮叶片安全寿命的最有效途径。
3、现有的锯齿冠工作面间接触特性计算方法仅考虑单一物理场对状态的稳态影响，磨损对锯齿冠工作面的影响被经验值补偿设计。实际上锯齿冠工作面的扭转、磨损与过盈是一个动态“耦合竞争”的过程，涡轮叶片扭转影响磨损往复方向，磨损造成锯齿冠工作面过盈量的减少，过盈量的减小将带来新的扭转接触正压力。因此探寻更接近实际变化的分析计算方法，准确掌控服役叶片接触状态，成为叶冠结构设计中一个亟待解决的关键问题。
技术实现思路
1、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：利用有限元方法（fem）模拟带冠涡轮叶片受气流
2、（1）建立带冠涡轮叶片循环对称几何模型，并划分拓扑计算网格；
3、（2）添加材料属性及边界条件，其中锯齿冠工作面接触类型为摩擦接触；
4、（3）启用动网格技术，并建立瞬态下的流固耦合模型，进行迭代计算，得到在高温高速气流冲击条件下的带冠涡轮叶片接触应力及扭转滑移情况，并得到叶片上多个监测点的网格变形曲线；
5、（4）根据叶片上多个监测点的网格变形曲线所呈现的周期性，计算并获得带冠涡轮叶片强迫响应振动规律，即叶片振动频率；
6、（5）根据带冠涡轮叶片锯齿冠工作面的接触应力、节点滑移和叶片的振动频率，通过加载act磨损模块计算，得到锯齿冠工作面法向方向磨损量，将此磨损量以动网格更新的形式耦合到涡轮叶片固体计算模型，即得到瞬态条件下的流-固-磨损耦合模型；
7、（6）根据瞬态条件下的流-固-磨损耦合模型，进行迭代更新计算，得到在考虑“扭转-磨损-接触”协同作用下的带冠涡轮叶片接触应力、扭转滑移、摩擦磨损及振动响应情况；
8、（7）根据瞬态条件下的流-固-磨损耦合模型及叶片材料属性，利用预设公式计算，得到锯齿冠工作面紧度的变化规律；
9、（8）步骤（6）更新计算后得到的带冠涡轮叶片接触应力、扭转滑移、摩擦磨损及振动响应情况与步骤（7）计算得到的锯齿冠工作面紧度的变化规律，均为涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性。
10、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的循环对称几何模型包括涡轮叶片固体几何模型和相应流场计算域几何模型，其中：涡轮叶片固体几何模型为包含完整叶身结构及锯齿冠工作面接触结构的相邻两片涡轮叶片，流场计算域几何模型是由前处理软件turbogrid构造的涡轮叶片叶身结构流道模型。
11、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的拓扑计算网格采用三维结构化网格，涡轮叶片的锯齿冠工作面、叶身前后缘结构的网格采用加密处理，流体计算域近壁面依据无量纲y+值调整边界层网格尺寸。
12、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述涡轮叶片的材料为镍基高温合金，流体域材料为空气，流体域边界条件为质量流量入口、静压出口。
13、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述流固耦合计算中，流体域向固体域计算并传递近壁面温度、热传递系数及力，固体域向流体域计算并传递位移与温度，模型的控制方程为非定常雷诺平均navier-stokes方程，湍流模型采用realizable k-ε模型。
14、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的act磨损模块通过archard磨损模型计算，所得磨损量通过调节传递松弛因子以提高流-固-磨损耦合模型计算效率。
15、一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的预设公式是考虑叶片扭转造成锯齿冠工作面接触紧度变化的计算公式，计算公式为：
16、；
17、式中：为紧度，为锯齿冠接触角，为流-固-磨损耦合模型计算所得的锯齿冠工作面正压力，为叶冠周向长度与叶片扭转刚度的比值。
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1.一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：利用有限元方法（FEM）模拟带冠涡轮叶片受气流冲击、扭转滑移及磨损影响下的接触过程，计算锯齿冠工作面间接触、滑移、振动与磨损情况，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的循环对称几何模型包括涡轮叶片固体几何模型和相应流场计算域几何模型，其中：涡轮叶片固体几何模型为包含完整叶身结构及锯齿冠工作面接触结构的相邻两片涡轮叶片，流场计算域几何模型是由前处理软件TurboGrid构造的涡轮叶片叶身结构流道模型。
3.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的拓扑计算网格采用三维结构化网格，涡轮叶片的锯齿冠工作面、叶身前后缘结构的网格采用加密处理，流体计算域近壁面依据无量纲y+值调整边界层网格尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述涡轮叶片的材料为镍基高温合金，流体域材料为空气，流体域边界条件为质量流量入口、静压出口。
5.根
6.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的ACT磨损模块通过Archard磨损模型计算，所得磨损量通过调节传递松弛因子以提高流-固-磨损耦合模型计算效率。
7.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的预设公式是考虑叶片扭转造成锯齿冠工作面接触紧度变化的计算公式，计算公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：利用有限元方法（fem）模拟带冠涡轮叶片受气流冲击、扭转滑移及磨损影响下的接触过程，计算锯齿冠工作面间接触、滑移、振动与磨损情况，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的循环对称几何模型包括涡轮叶片固体几何模型和相应流场计算域几何模型，其中：涡轮叶片固体几何模型为包含完整叶身结构及锯齿冠工作面接触结构的相邻两片涡轮叶片，流场计算域几何模型是由前处理软件turbogrid构造的涡轮叶片叶身结构流道模型。
3.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶片锯齿冠工作面间接触特性的方法，其特征在于：所述的拓扑计算网格采用三维结构化网格，涡轮叶片的锯齿冠工作面、叶身前后缘结构的网格采用加密处理，流体计算域近壁面依据无量纲y+值调整边界层网格尺寸。
4.根据权利要求1所述的一种模拟涡轮叶...
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