[发明专利]预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法及转子构型方法

权利要求书

1.一种预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，所述转子包括多个轮盘和鼓筒，所述鼓筒的两端分别连接于相邻两个所述轮盘，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、建立所述转子的二维轴对称有限元模型及轮盘鼓筒单元的三维有限元模型，其中，每个所述轮盘鼓筒单元包括一个轮盘和与所述轮盘连接的鼓筒的其中一半的部分，其中，轮盘鼓筒单元的三维有限元模型建立的单元类型为六面体单元，在所有相邻所述六面体单元之间建立无厚度的结合力单元，其中，所述结合力单元用以模拟轮盘破裂的萌生、扩展进而至所述轮盘的破裂；

S2、对所述转子的二维轴对称有限元模型进行静力学参数设置和计算分析，获得所述转子中不同所述轮盘鼓筒单元的三维有限元模型的稳态的初始应力场和初始位移场；

S3、将步骤S2中获得的各个所述轮盘鼓筒单元的初始应力场和初始位移场导入步骤S1中建立的对应的所述轮盘鼓筒单元的三维有限元模型中，进行初始工况仿真，获得对应的所述轮盘鼓筒单元的初始应力状态和位移状态；

S4、向步骤S3获得的所述轮盘鼓筒单元的三维有限元模型中施加随时间变化的转速谱，设置动力学参数，计算后进行数据后处理，获得对应轮盘的破裂转速及对应的破裂模式；通过数据后处理确定初始失效的结合力单元，即破裂裂纹萌生的位置，其对应的转速即为破裂转速；继续增加转速后，轮盘和鼓筒会出现破裂，根据破裂时轮盘的形态，即可判断出轮盘的破裂模式。

2.如权利要求1所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述转子的二维轴对称有限元模型通过将转子的轴对称部分采用轴对称单元进行网格离散，非轴对称结构采用带厚度的平面应力单元进行离散，转子叶片通过等效质量单元离散以考虑转子叶片所施加给所述转子的离心力。

3.如权利要求1所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，在步骤S2中，所述静力学参数包括接触参数、材料参数、边界条件和载荷。

4.如权利要求3所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，所述接触参数包括接触刚度参数，所述接触刚度参数取值为0.5-1。

5.如权利要求1所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，在步骤S2中，在计算分析求解时要考虑几何大变形，并通过设置多个载荷以保证收敛性，然后采用基于图理论的分布式并行求解算法进行求解，获得所述初始应力场和初始位移场。

6.如权利要求5所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，采用基于图理论的分布式并行求解算法进行求解时，收敛设置采用力收敛，收敛值设为100。

7.如权利要求1所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，在步骤S3中，在所述轮盘鼓筒单元的三维有限元模型的内部单元导入所述初始应力场，在所述轮盘鼓筒单元的三维有限元模型的边界施加所述初始位移场，然后进行准静态求解，获得所述轮盘鼓筒单元的初始应力状态和位移状态。

8.如权利要求7所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，进行准静态求解时采用动力松弛法，其中，所述动力松弛法的收敛准则设置为0.001。

9.如权利要求1所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，在步骤S4中，应用非线性显式动力学方法进行并行计算以获得相应的待处理数据。

10.如权利要求1所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法，其特征在于，在步骤S4中，转速谱采用线性增加且加速率为8-10m/s的转速谱，所述转速谱的起始转速为步骤S2中进行稳态计算对应的转子转速。

11.一种转子构型方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、进行转子的初始结构设计；

S20、采用权利要求1-10中任一项所述的预测转子超转破裂转速及破裂模式的方法获得初始结构设计的转子中的轮盘破裂的转速及对应的破裂模式，并对所述转子中的轮盘超转破裂的安全裕度进行评价，判断所述转子是否满足裕度要求；如不满足裕度要求，则执行步骤S30，如满足裕度要求，则执行步骤S40；

S30、重新进行转子的结构设计，然后继续执行步骤S20；

S40、确定转子的构型，以待后续加工。