[发明专利]一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法

说明书

本发明公开一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法，属于结构设计技术领域。该方法把模型件的几何尺寸作为设计变量，通过相关变量之间实际条件的制约，使模拟件的结构尺寸贴合实际。通过三向主应力比消除外载荷影响的方法，设定模拟件的主应力拟合偏差系数并作为模拟件优化的目标函数，对模拟件和轮盘的主应力拟合程度进行估计。再设定应力梯度偏差系数作为模拟件优化的目标函数，通过三维应力梯度搜索方法找到应力梯度路径位置，对模拟件和轮盘的应力场拟合程度进行评估。将符合主应力、应力梯度拟合精度的模型同轮盘的等效应力曲线进行比较，确定最优几何尺寸的模拟件。

技术领域

本发明涉及结构设计技术领域，尤其涉及一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法。

背景技术

压气机是航空发动机的重要组成部分之一，低压压气机轮盘是航空发动机的关键组成部件，由于发动机造价高、体积大、结构复杂的特点，难以进行大规模疲劳试验，疲劳寿命预测精度受到了影响。为此，工程中通常制作成本较低的模拟件代替真实轮盘进行疲劳试验，结合真实轮盘进行寿命评估。

为了能够使模拟件在进行相关的实验的过程中，其受到的主应力和应力梯度的路径位置可以较好的与轮盘在同等条件下的主应力和应力梯度的路径位置进行拟合，需要设计符合同等条件下与轮盘进行相关实验时主应力和应力梯度高度拟合的模拟件，并进行相关的仿真分析。

在现有设计轮盘模拟件的技术中，多是对影响关系较大的部分尺寸参数进行定量的设置，对优化过程进行控制，此外在现有技术中，利用应力梯度方法进行优化的方法，多采用二维模型不能很好的反应轮盘真实的应力场。本发明采用APDL语言，对所有尺寸参数进行赋值并进行优化计算，可以更好的实现对模拟件参数的优化设计。同时，本发明采用三维模型，可以实现对三维空间应力梯度的路径进行计算从而优化设计模拟件。同时本发明将以上两种方法分别设定为第一次优化和第二次优化并同时优化设计模拟件，可以使模拟件的分析结果更加符合真实轮盘的分析结果。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于应力及场强分析的优化设计轮盘模拟件的方法，该方法的流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤1：设计模拟件结构为长为H，宽为W，厚为T的长方体，该长方体的中间部位设计有缺口，该缺口的开口半径为R，开口深度为D，开口大小为G，倾斜角度为BETA；

步骤2：设计模拟件结构参数的约束条件；

步骤2.1：试件宽度W与开口深度D之间的关系约束：

D＜W；

开口深度和试件宽度之间要预留出一定的韧带宽度，定义一个中间变量RD，令：

D＝RD×(W-15)+3

将RD定为设计变量，保证RD∈[0，1]，则可以保证开口深度的取值范围为：

D∈(3，W-12)；

步骤2.2：开口深度D，开口大小G和缺口半径R之间的关系约束：

缺口半径一定不大于开口深度和开口大小的一半中较小的值，即满足：

R≤min(D，G/2)

而为了满足模拟件缺口的加工精度，缺口半径不能太小，即：

R≥1

为了保证缺口半径同时满足R≤min(D，G/2)和R≥1的两个几何尺寸变量条件，定义中间变量缺口半径比率RR，使满足：

取RR为设计变量，令RR∈[0，1]，则缺口半径可满足上述条件；