[发明专利]一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法

说明书

本发明提供一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，步骤如下：一：输入轮盘二维几何构型控制点坐标值，输入该坐标值；二：对轮盘二维几何构型进行轮盘轴对称有限元模型的建立；三：对建立的轮盘轴对称有限元模型进行结构分析；四：根据设计需求，改变轮盘二维几何构型并自动进行轮盘二维几何构型控制点坐标值显示、轮盘轴对称有限元模型建立和有限元计算；通过以上步骤，最终实现能够通过鼠标拖动轮盘二维几何构型控制点，自动进行轮盘重量计算、应力应变分析、疲劳寿命预测、子午面破裂转速计算和径向破裂转速计算，提高了轮盘结构设计效率，避免以往在设计时，每改变方案就需要人为重新建模带来的时间和人力的浪费。

技术领域

本发明提供一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，属于机械设计领域。

背景技术

轮盘是航空发动机、燃气轮机等旋转机械的关键部件之一，在满足强度、疲劳寿命等设计需求的条件下，为了提高发动机的推重比，轮盘结构重量应尽可能的轻。轮盘结构设计的优劣直接影响涡轮转子能否正常构造以及发动机整体性能的好坏。

传统的轮盘结构设计方法是建立在工程师的经验和大量试验基础上的，既费时又费力，往往又达不到理想的设计效果。随着有限元的发展，目前在对轮盘进行结构设计时，通过手动来修改轮盘二维几何构型，并建立轮盘轴对称有限元模型进行应力应变分析，这样的设计方法同样是不仅浪费时间而且还浪费人力。

因此需要建立一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，提高轮盘结构设计效率，减少人力资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，根据设计需求，通过鼠标拖动改变轮盘二维几何构型，并自动显示轮盘二维几何构型控制点、轮盘二维几何构型控制点坐标值、轮盘重量、有限元分析结果、疲劳寿命预测结果、子午面破裂转速和径向破裂转速，以此来判断是否符合设计需求，该方法可以提高轮盘结构设计效率，减少人力资源。

本发明是一种面向需求基于几何特征驱动轮盘结构交互式设计方法，其具体步骤如下：

步骤一：输入轮盘二维几何构型控制点坐标值，输入该坐标值可以通过两种方式，一种是由已知轮盘二维几何构型控制点坐标值导入，首先将轮盘二维几何构型控制点坐标值一个紧挨一个输入到表格(即Excel)中，然后导入Excel表格数据；另一种是由已知轮盘计算机辅助设计(即CAD)几何模型导入，首先在CAD软件中利用“属性提取”(即“EATTEXT”)命令来提取轮盘二维几何构型控制点坐标值，输出Excel表格数据，然后导入Excel表格数据，并对数据进行排序，使相邻轮盘二维几何构型控制点紧挨围成一个封闭图形；根据输入数据自动生成轮盘二维几何构型，并显示轮盘二维几何构型控制点以及将轮盘二维几何构型控制点坐标值显示在表格中；

步骤二：对轮盘二维几何构型进行轮盘轴对称有限元模型的建立，其具体作法如下；

首先，先把涵盖欲划分区域的最大矩形分为结构化网格；

其次，移除边界外的节点，生成三角形网格；

最后，输出节点编号及其对应的坐标和网格编号及其构成的节点编号；

步骤三：对建立的轮盘轴对称有限元模型进行结构分析，其具体作法如下；

首先，将建立的轮盘轴对称有限元模型导入到有限元计算程序中，定义相应的材料参数，给定轮缘温度和盘心温度，通过稳态传热分析得到轮盘温度分布；

然后，重新将建立的轮盘轴对称有限元模型导入有限元计算程序中，定义相应的材料参数，给定转速、轮缘外载、轮盘温度场以及位移约束条件，通过静力分析得到轮盘应力分布以及轮盘重量，注意关注轮盘应力集中位置盘心处应力水平；

其次，根据有应力应变分析结果以及材料疲劳参数，利用考虑应力集中影响的寿命方程获得轮盘寿命；