[发明专利]一种高速旋转轮盘的优化设计方法

权利要求书

1.一种高速旋转轮盘的优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤1～7：

步骤1，预先确定待设计的高速旋转轮盘在发动机内的设计边界和辐板在该高速旋转轮盘内的优化边界；根据气动输入模型和该高速旋转轮盘的配合面边界，设计高速旋转轮盘模型，根据轮盘叶片数量对该轮盘进行扇区切分；

步骤2，绘制该待设计的高速旋转轮盘扇区的初始形状网格，并输出该初始形状网格上的节点信息集合；其中，该节点信息集合包括初始形状网格上各节点的节点信息，节点信息包括对应节点的节点编号以及该节点编号所对应的坐标值；在该节点信息集合中，初始形状网格的扇区端面上的所有节点信息单独作为一个集合输出；气动输入模型包括气动叶型和对应该气动叶型的流道模型；该配合面边界为位于高速旋转轮盘上且与待安装的发动机内部件相配合面的边界；

步骤3，提取该辐板的优化边界对应在已绘制的初始形状网格的所有边界节点；

步骤4，对提取到的所有边界节点与已绘制初始形状网格的优化区域内节点之间的相对位置关系做关联操作，使优化区域内节点坐标随边界节点坐标变化而变化；其中，优化区域内节点即为该已绘制初始形状网格上所对应辐板内的所有节点；将所有节点中，辐板优化区域对应网格的节点坐标替换为由迭代后边界节点经关联操作得到的节点坐标；

步骤5，将所有节点坐标、材料参数、载荷和约束边界条件输入有限元软件，分别计算轮盘的体积和强度；以高速旋转轮盘的最小化体积和高速旋转轮盘的许用强度作为轮盘优化设计目标，构造该优化方法的适应度函数；

步骤6，将该适应度函数作为轮盘优化目标函数，根据目标函数计算结果，对网格模型的边界节点坐标进行价值优化；根据优化后的边界节点的分布情况，对网格模型边界进行光顺，实现对边界节点坐标的策略优化；反复迭代执行步骤4和步骤5，直至轮盘优化目标函数收敛，得到全部最优边界节点的坐标；

步骤7，将全部最优边界节点坐标所对应的轮盘形状网格作为轮盘最优形状网格；根据轮盘最优形状网格，重构该待设计的高速旋转轮盘的立体模型，且对重构的立体模型沿轮盘周向进行阵列，得到该待设计的高速旋转轮盘的最优轮盘结构。

2.根据权利要求1所述的高速旋转轮盘的优化设计方法，其特征在于，在步骤3中，利用边界节点搜索算法或者手动方法提取该辐板的优化边界对应在已绘制的初始形状网格的所有边界节点。

3.根据权利要求2所述的高速旋转轮盘的优化设计方法，其特征在于，利用边界节点搜索算法提取该辐板的优化边界对应在初始形状网格的所有边界节点的过程包括如下步骤31～35：

步骤31，将已绘制的初始形状网格上所有节点的笛卡尔坐标转换为柱坐标；其中，假设已绘制的初始形状网格上的节点总数量标记为N，该初始形状网格上的第n个节点的笛卡尔坐标标记为(X_n,Y_n,Z_n)，1≤n≤N；经坐标转换后，该第n个节点的柱坐标标记为(θ_n,R_n,Z_n)，θ_n为第n个节点在柱坐标系中所对应的周向弧度，R_n为第n个节点在柱坐标系中所对应的节点半径，Z_n为第n个节点在柱坐标系中沿轴线Z所处的位置；

步骤32，在预设左边界搜索区域范围内设置第一参考点，且在预设右边界搜索区域范围内设置第二参考点；其中，预设左边界搜索区域范围为针对初始形状网格上的所有左侧边界节点的搜索区域，预设右边界搜索区域范围为针对初始形状网格上的所有右侧边界节点的搜索区域；

步骤33，根据初始形状网格在预设搜索区域范围内沿径向R上的网格层数，并计算出初始形状网格的所有左侧边界节点在柱坐标系中径向R上的径向坐标参考值以及所有右侧边界节点在柱坐标系中径向R上的径向坐标参考值；

步骤34，获取预设搜索区域范围内所有端面节点分别到第一参考点和第二参考点的欧式距离；

步骤35，根据步骤33中所得所有左侧边界节点和所有右侧边界节点的径向坐标参考值，提取满足在±0.5倍左边界节点平均间距与左边界R径向坐标参考值之和的区间内或者在±0.5倍右边界节点平均间距与右边界R径向坐标参考值之和的区间内，且与对应一侧的参考点具有最小欧式距离的边界节点作为该辐板的优化边界对应在已绘制的初始形状网格的边界节点。