[发明专利]一种叶片偏移丢失的机匣包容性分析方法

说明书

本发明公开了一种叶片偏移丢失的机匣包容性分析方法，包括以下步骤：建立叶片与机匣的有限元模型；根据机匣及叶片材料对本构参数进行赋值，建立本构模型；设置有限元模型的边界条件和初始条件；模拟飞断叶片相对机匣不同偏斜角的丢失过程；进行有限元计算，对模拟结果进行分析，判断所模拟的偏转角的工况是否为危险工况。本发明相对于现有技术，其显著优点是在对机匣包容性数值仿真分析时考虑真实情况下叶片丢失会相对机匣有不同的偏斜角度，分析了不同偏斜角度下的危险状态，更真实的模拟现实情况下的叶片丢失过程。

技术领域

本发明涉及航空发动机包容性分析，具体涉及一种叶片偏移丢失的机匣包容性分析方法。

背景技术

受外物损伤(FOD)、高周疲劳(HCF)和低周疲劳(LCF)的影响，航空发动机中工作状态下高速旋转的风扇、压气机和涡轮叶片都不可避免地会发生断裂故障。若机匣不足以包容飞出的断叶，断叶击穿机匣后击伤机舱、油箱、电器控制线路及液压管路等，会导致机舱失压、油箱泄露起火、电器失灵、液压机构无法动作等二次破坏，最终导致机毁人亡。因此，目前对发动机叶片包容性问题非常重视，在各种规范、条例中都有专门条文对叶片包容性作出严格的规定。

航空发动机包容性问题研究可分成试验研究和数值仿真两个方面。数值仿真可以方便的了解包容过程中物体作用力、速度、能量等各种物理量的大小及其变化过程，克服了试验研究中难以测量的缺点，并且数值仿真成本低、周期短。

目前虽然对航空发动机包容性问题的试验验证和数值评定方法进行了大量的研究，并应用于真实发动机结构包容性设计过程中，但对包容性的数值仿真研究通常只考虑叶片正常丢失的情况，而忽略了真实情况下，叶片的丢失可能存在一定的偏斜角。以一定偏斜角丢失的叶片与机匣的撞击，涉及到静叶、安装边等的作用，撞击过程更加复杂。

发明内容

发明目的：针对以上缺点，本发明提供一种考虑叶片丢失相对于机匣不同的偏斜角的情况下的机匣包容性分析方法。

技术方案：为解决上述问题，本发明采用一种叶片偏移丢失的机匣包容性分析方法，包括以下步骤：

(1)建立叶片与机匣的有限元模型；

(2)根据机匣及叶片材料对本构参数进行赋值，建立本构模型；

(3)设置有限元模型的边界条件和初始条件；

(4)模拟飞断叶片相对机匣不同偏斜角的丢失过程；

(5)进行有限元计算，对模拟结果进行分析，判断所模拟的偏转角的工况是否为危险工况。

进一步的，所述步骤(1)建立叶片与机匣的有限元模型时，对叶片与机匣结构进行简化，去除不必要的模型特征及部件。

进一步的，对叶片与机匣进行简化的结构包括孔、倒角、倒圆、凸台、叶根和轮盘。

进一步的，所述步骤(1)采用八节点六面体进行有限元模型网格划分。

进一步的，对飞断叶片、机匣包容区以及追随叶片有限元模型的网格进行加密。

进一步的，所述步骤(3)中有限元模型的边界条件包括静叶影响范围；初始条件包括机匣前后安装边固支处理，飞断叶片除绕轴向转动的自由度外其余五个自由度约束处理，飞断叶片轴向旋转的角速度保持为叶片飞断时的角速度，所有叶片按预定角速度绕轴向旋转，飞断叶片与机匣、飞断叶片与动叶、飞断叶片与静叶、动叶与动叶、变形弯曲后的飞断叶片与飞断叶片自身都为单面侵蚀接触。

进一步的，所述步骤(4)飞断叶片相对机匣的偏斜角角度范围为-15°～15°，每间隔3°设置为一种工况进行模拟。

进一步的，所述步骤(5)中对危险工况的判断为，对所模拟的偏斜角条件下，分析飞断叶片对机匣造成的影响，若机匣被撞击区域出现裂纹或撕裂，则判断所模拟的偏斜角的工况为危险工况。