【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空，具体涉及一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟方法及系统。
技术介绍
1、航空发动机在恶劣环境下工作时，不可避免地会吸入沙尘、灰烬等微细颗粒外物，微细颗粒不仅会在发动机叶片表面发生沉积，还可能造成发动机叶片的磨蚀，从而导致航空发动机部件的气动性能和工作效率发生改变，严重时还会影响发动机的安全性。因此，对航空发动机压气机内大量微细沙尘颗粒冲击磨蚀叶片问题进行预测评估具有重要的意义。
2、目前航空发动机叶片受微细沙尘颗粒冲击磨蚀问题进行研究的方法主要包括实验和数值模拟两种方法。实验方法主要是通过搭建喷沙磨蚀实验装置来进行磨蚀形貌的研究。数值模拟方法主要是借助于高性能计算机，依赖于物理模型和数值计算方法，对磨蚀过程进行计算模拟，目前主要常用的方法包括有限元法（fem）、离散粒子方法（dpm）等。
3、专利技术人在研究过程中发现，上述实验方法和数值模拟方法均存在一定的不足，其中，实验方法虽然可以得到叶片结构受颗粒磨蚀损伤的真实形貌，但是实验结果随机性较大，磨蚀实验装置的组建较为复杂，对于叶片结构受磨蚀和损伤碎片运动的动力学过程无法进行再现。
4、数值模拟方法中所述dpm方法，虽然能够得到叶片表面受磨蚀的情况，但是磨蚀形貌是通过磨蚀率来表征的，并不是真正的形貌，对于叶片受磨蚀后脱落的碎片及碎片对后续流场的影响无法进行模拟，且dpm模型颗粒轨道追踪计算量较大，效率较低，不适用于实际的工程问题。
5、所述fem方法，虽然可以获得叶片表面受力变形过程，但是磨蚀过程必须采取删
6、因此，需要一种更完善的预测大量微细沙尘颗粒冲击磨蚀航空发动机叶片问题的方法，以解决叶片在受微细沙尘颗粒磨蚀后损伤预测的问题。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟方法及系统，以解决现有技术提出的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案:
3、本专利技术一个实施例提供一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟方法，其所述方法包括：
4、步骤1、建立气流场中微细沙尘运动的物理模型，获得气流场运动控制方程和微细沙尘运动控制方程；
5、步骤2、建立发动机叶片结构的变形运动方程；
6、步骤3、采用有限体积fvm和光滑离散颗粒流体动力学sdph耦合方法分别对所述气流场运动控制方程和微细沙尘运动的控制方程进行离散计算，获得气相离散方程和颗粒相离散方程；
7、步骤4、利用有限元fem方法对所述发动机叶片结构的变形运动方程进行离散计算，并利用fem-sdph耦合方法对发动机叶片结构受微细沙尘冲击后的变形、破坏以及破坏形成的碎片进行追踪模拟；
8、步骤5、建立微细沙尘冲击发动机叶片结构的fvm-sdph-fem耦合算法；
9、步骤6、建立微细沙尘和发动机叶片结构几何模型并进行网格离散，获得网格离散模型；
10、步骤7、采用所述fvm-sdph-fem耦合算法在所述网格离散模型上对微细沙尘冲击航空发动机叶片结构进行模拟计算，获得计算结果；
11、步骤8、对所述计算结果进行数据处理，获得发动机叶片结构在微细沙尘冲击磨蚀作用下的损伤形貌。
12、可选的，所述步骤3具体包括：
13、采用fvm方法对气流场运动控制方程进行离散计算，以及采用sdph方法对微细沙尘运动控制方程进行离散计算；
14、采用数据交换的方式实现fvm-sdph的耦合，包括：将采用fvm方法计算的气体速度及压力梯度插值到邻近sdph粒子所在位置处，加入到所述邻近sdph粒子的参数更新计算中；将采用sdph方法计算的微细沙尘颗粒的曳力插值到邻近采用fvm方法计算的网格中心处，将所述曳力加入到所述邻近采用fvm方法计算的网格的参数更新计算中。
15、可选的，所述步骤4具体包括：
16、采用fem方法对所述发动机叶片结构的变形运动方程进行离散计算；
17、采用fem-sdph转化算法将损伤单元转化为sdph粒子，采用sdph对微细沙尘颗粒的运动轨迹以及发动机叶片结构受微细沙尘冲击后转换后的损伤碎片进行模拟计算；
18、采用fem-sdph接触算法对发动机叶片结构的变形过程以及微细沙尘颗粒受发动机叶片结构表面的反弹过程进行模拟计算。
19、可选的，所述步骤5具体包括：
20、初始时刻采用fvm-sdph的耦合算法对气流场和微细沙尘颗粒两相流进行模拟计算；
21、在微细沙尘颗粒与发动机叶片发生碰撞情况下，采用fem-sdph接触算法对发动机叶片结构的变形过程以及微细沙尘颗粒受发动机叶片结构表面的反弹过程进行模拟计算；
22、在微细沙尘颗粒与发动机叶片发生碰撞，且发动机叶片的变形损伤值超过规定的阈值情况下，采用fem-sdph转化算法将损伤单元转化为sdph粒子，采用sdph对微细沙尘颗粒的运动轨迹以及发动机叶片结构受微细沙尘冲击后转换后的损伤碎片进行模拟计算；
23、在sdph粒子与其他发动机叶片结构发生碰撞后，采用fem-sdph接触算法对其他发动机叶片结构的变形过程以及微细沙尘颗粒受发动机叶片结构表面的反弹过程进行模拟计算。
24、可选的，所述方法包括：
25、在采用fvm-sdph的耦合算法对气流场和微细沙尘颗粒两相流进行模拟计算过程中，获得任意时刻气流场中和微细沙尘颗粒的运动速度和位置；
26、根据所述微细沙尘颗粒的位置，判定微细沙尘颗粒与发动机叶片是否发生碰撞。
27、可选的，建立发动机叶片结构的变形运动方程后，所述方法还包括：
28、采用johnson-cook本构模型对所述发动机叶片结构的变形运动方程进行封闭。
29、可选的，所述方法还包括：
30、采用如下公式计算变形损伤值
31、其中，为时间内等效塑性应变引起的损伤增量，为恒定压力下的损伤塑性应变，d为变形损伤值。
32、可选的，所述fem-sdph接触算法包括：
33、将施加在光滑粒子流体动力学sph和fem节点上的接触力分别加入到sdph动量方程和fem的动力学方程中的计算中。
34、可选的，所述对所述计算结果进行数据处理包括：
35、将所述计算结果输入到指定软件中，图像化显示发动机叶片在微细沙尘冲击磨蚀作用下的损伤形貌。
36、本专利技术另一个实施例提供一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟系统，所述系统包括：
37、第一单元、用于建立气流场中微细沙尘运动的物理模型，获得气流场运动控制方程和微细沙尘运动控制方程；
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【技术保护点】
1.一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立发动机叶片结构的变形运动方程后，所述方法还包括：
7.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述FEM-SDPH接触算法包括：
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述计算结果进行数据处理包括：
10.一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟系统，其特征在于，所述系统包括：
【技术特征摘要】
1.一种航空发动机叶片受微细沙尘冲击的数值模拟方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5具体包括：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
6.根据权利要求1所述的方法，...
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