[发明专利]一种无螺栓结构涡轮盘挡板的破裂转速仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机结构强度仿真分析技术，具体的说是一种 无螺栓结构涡轮盘挡板的破裂转速仿真分析方法。

背景技术

早期航空发动机的涡轮盘与前、后挡板的连接形式通常为螺栓连接， 这种连接虽然简单可靠，但需要在涡轮盘和挡板上加工出螺栓孔，这样就 降低了相关零件的低循环疲劳寿命。涡轮盘与挡板的无螺栓连接结构是高 推重比、长寿命燃气涡轮发动机的关键结构设计技术之一，具有在涡轮盘 上不开孔或少开孔等优点，新设计结构难点是实现可靠的定位和紧固，一 旦挡板失去定位或紧固，定心关系被破坏，必将导致转子系统的不平衡量 激增，引发安全隐患甚至破坏失效。

无螺栓结构涡轮盘挡板应用于航空发动机的初期，必然会伴随着各种 故障的出现。由于其连接不如螺栓结构稳定可靠，如果挡板强度储备不足， 或工作中失去定位或紧固，均可能引发挡板的破坏失效。

随着新式航空发动机更多地应用无螺栓结构涡轮盘挡板，迫切需要针 对无螺栓结构挡板进行破裂转速仿真分析，保证挡板在设计转速区间内安 全可靠地工作。

发明内容

针对现有技术中无螺栓结构涡轮盘挡板存在可能引发挡板的破坏失效 等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可保证挡板在设计转速区间 内安全可靠地工作的无螺栓结构涡轮盘挡板的破裂转速仿真分析方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种无螺栓结构涡轮盘挡板的破裂转速仿真分析方法，包括以 下步骤：

建立能够准确反应整体叶盘结构形式的二维截面模型；

设置弹性材料模型；

根据模型特征创建轴对称单元及平面应力单元；

设置边界条件及载荷；

计算求解决器参数；

判断计算求解过程是否收敛；

如果求解过程收敛，则后处理输出应力计算结果；

根据破裂准则计算出挡板破裂转速。

如果求解过程不收敛，则返回计算求解决器参数步骤。

建立能够准确反应整体叶盘结构形式的二维截面模型为：

首先在二维或三维CAD软件中建立挡板的二维或三维模型，然后将模 型导入有限元分析软件创建特征截面，并分割出非轴对称的特征截面。

设置弹性材料模型即为设置弹塑性材料模型属性，包括材料密度、线 膨胀系数、泊松比、弹性模量以及材料进入塑性区的应力应变关系。

根据模型特征创建轴对称单元及平面应力单元为：

在轴对称截面上划分轴对称单元，在非回转特征截面上划分带厚度的 平面应力单元，单元厚度通过实常数指定。

设置边界条件及载荷为：

根据挡板不同工作状态，设置温度场、旋转角转速、装配反作用力及 约束边界条件。

计算求解决器参数为：

检查模型边界条件是否准确，通过设置合适的时间步长、迭代次数以 及收敛准则等，逐步消除计算误差，实现计算求解的收敛。

后处理输出计算结果为：

在后处理器中输出单元应力及单元面积计算结果，导出后可用于计算 截面平均应力。

根据破裂准则计算挡板破裂转速为：

应用平均应力法计算无螺栓结构挡板的周向破裂转速：

np=nmaxξσbσ‾τmax---(1)]]>

其中，ξ为材料利用系数，n_max为轮盘最大物理转速，