[发明专利]一种航空发动机叶片裂纹预测方法

权利要求书

1.一种航空发动机叶片裂纹预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取健康发动机叶片的三维CAD模型和材料参数；

步骤2、根据裂纹断口形状确定疲劳裂纹的类型，包括：叶背面疲劳裂纹和叶片前缘疲劳裂纹；

步骤3、判断疲劳裂纹的类型是叶背面疲劳裂纹或叶片前缘疲劳裂纹，若为叶背面疲劳裂纹，则执行步骤4，若为叶片前缘疲劳裂纹，则执行步骤5；

步骤4、确定叶背面疲劳裂纹的位置、裂纹高度和裂纹深度，对健康发动机叶片的三维CAD模型进行切割和剖分，并执行步骤8；

步骤5、判断叶片前缘疲劳裂纹的裂纹形式，包括：非贯通裂纹和贯通裂纹，若为非贯通裂纹，执行步骤6；若为贯通裂纹，执行步骤7；

步骤6、确定非贯通裂纹的裂纹位置、裂纹高度和裂纹深度，并对健康叶片的三维CAD模型进行体剖分，并执行步骤8；

步骤7、确定贯通裂纹的裂纹位置、叶背面裂纹深度和叶盆面裂纹深度，并对健康叶片的三维CAD模型进行体剖分，并执行步骤8；

步骤8、对裂纹叶片进行网格划分，构建出含真实裂纹扩展路径的叶片有限元模型，将裂纹叶片叶根面处施加固支约束，对裂纹叶片进行升速过程中的振动响应分析，获取裂纹叶片在叶盆面上叶尖处尾缘的位移振动响应以及裂纹面上的接触压力时程响应；

步骤9、建立健康叶片的有限元模型，将健康叶片叶根面处施加固支约束，对健康叶片进行升速过程中的振动响应分析，获取健康叶片在叶盆面上叶尖处尾缘的位移振动响应；

步骤10、将裂纹叶片和健康叶片在升速过程中的位移振动响应进行比较，对比一阶共振处的“错峰”现象、高转速下振动响应的“上飘”现象、升速过程中出现的3阶和2阶超谐共振现象，确定叶片裂纹是否萌发以及严重程度，从而完成叶片裂纹的预测。

2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片裂纹预测方法，其特征在于，步骤1所述的材料参数，包括:弹性模量、泊松比和材料密度。

3.根据权利要求1所述的航空发动机叶片裂纹预测方法，其特征在于，步骤4所述的确定叶背面疲劳裂纹的位置、裂纹高度和裂纹深度，对健康发动机叶片的三维CAD模型进行切割和剖分，并执行步骤8；具体步骤如下：

步骤4-1、分别确定健康叶片叶盆面上叶根曲线中心点、叶盆面上叶尖曲线中心点、叶背面上叶根曲线中心点和叶背面上叶尖曲线中心点；

步骤4-2、在叶盆面上以最短的连线连接叶根曲线中心点和叶尖曲线中心点，在叶背面上以最短的连线连接叶背面上叶根曲线中心点和叶尖曲线中心点；

步骤4-3、将步骤4-2中的两条连线通过放样生成蒙皮；

步骤4-4、通过所生成的蒙皮对健康叶片的三维CAD模型进行切割；

步骤4-5、根据裂纹的位置，再次对健康叶片的三维CAD模型进行切割，获得叶片模型在该位置处的剖面；

步骤4-6、根据叶背面疲劳裂纹高度和裂纹深度，在剖面上构建裂纹曲线获得裂纹剖面，并对裂纹剖面进行几何剖分；

步骤4-7、利用剖分面的边界线通过拉伸切除方式对步骤4-6中的几何体进行切割，获得剖分后的实体模型。

4.根据权利要求1所述的航空发动机叶片裂纹预测方法，其特征在于，步骤6所述的确定非贯通裂纹的裂纹位置、裂纹高度和裂纹深度，并对健康叶片的三维CAD模型进行体剖分，并执行步骤8，具体步骤如下：

步骤6-1、根据非贯通裂纹的裂纹位置对健康叶片的三维CAD模型进行体剖分，获得叶片模型在该位置处的剖面；

步骤6-2、根据非贯通裂纹的裂纹高度和裂纹深度，在剖面上构建裂纹曲线获得裂纹剖面，并对裂纹剖面进行几何剖分；

步骤6-3、利用剖分面的边界线通过拉伸切除方式对步骤6-2中的几何体进行切割，获得剖分后的实体模型。