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        航空發動機轉子葉片的強度分析

        發布于:2016-02-26 20:42
        強度分析

              航空發動機靜子葉片(括壓氣機整流葉片和渦輪導向葉片)一般采用多聯裝的結構方案,將多個葉片通過內、外環連接在一起,并固定在機匣上。這種結構既方便葉片拆裝,又可以提高剛性、減小葉片的變形。但在進行強度分析時,需要將其作為1個整體來考慮,這給分析帶來了一定的難度。本研究根據多聯裝靜子葉片的結構特點,利用影像超單元分析技術,既考慮了聯裝葉片整體結構的影響,使計算結果更加真實,又避免了一般整體計算所面臨的重復建模、加載與計算規模過大等方面的困難。
              對靜子葉片進行強度分析常用的方法是建立1個葉片有限元分析模型,在兩側的切割邊界上采用自由或周期性邊界條件,并在葉身的盆背側施加壓力載荷。但這2種邊界條件都與多聯裝葉片的實際情況有較大的區別:采用自由邊界條件時,無法考慮相鄰葉片剛度的影響,計算的變形與應力值偏高,在大多數情況下計算的靜子葉片均無法滿足強度的要求,周期性邊界條件是使葉片上、下緣板兩側面相對應的節點在各方向上的位移一致,實際上模擬的是整環結構的葉片。而多聯裝靜子葉片(如圖所示)大多數為3-5個葉片1組,其葉片上、下緣板自由,同1聯中不同葉片的變形與應力是有差別的。
              因此,多聯裝葉片的實際變形與應力情況應該介于自由與周期性邊界的中間,但這2種邊界條件的計算結果相差很大,而實際葉片的變形與應力情況與同1聯中葉片的數量、形狀以及上、下緣板情況等許多因素相關,依據這2種邊界條件的計算結果進行分析很難判斷多聯裝葉片是否滿足強度的要求。為使計算結果更加接近實際清況,可以對1聯中所有葉片全部建立有限元模型,進行計算分析。但由于葉片的形狀較復雜,特別是空心氣冷渦輪導向葉片的,即使對單個葉片劃分網格,其節點數量就已經很多,若考慮全部葉片則計算規模更加龐大,對計算所用的軟、硬件條件要求較高。另外,葉片所受的載荷(包括氣動力與溫度等)也很復雜,需考慮不同位置葉片間的坐標變換與重復施加問題等,大大增加了前期數據處理準備的工作量,使計算周期延長。
              鑒于所述的情況,提出利用MSC/NASTRAN的影像(Image)超單元分析功能,將1聯中的每個葉片都定義為1個超單元,但只劃分1個葉片的網格作為主超單元,其余葉片作為影像超單元,只定義外部節點,不需要劃分網格,與主超單元使用相同的剛度矩陣,避免了由網格重復劃分與載荷多次施加造成的對工作量的增加與系統資源的浪費。超單元分析方法主要用于解決在對大型復雜結構進行強度分析時,由計算模型過于龐大導致的現有計算機軟、硬件資源無法滿足需求的問題。


                                                                                          專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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