[发明专利]一种非等温轮盘破裂转速的简化预测方法

说明书

本发明公开了一种非等温盘破裂转速的简化预测方法，通过试验获取温度b下轮盘材料本构模型参数；在有限元中定义轮盘材料属性；建立轮盘三维有限元模型；对轮盘有限元模型进行破裂转速预测分析，得到温度为b的等温盘的破裂转速，并找出轮盘处于大变形失稳状态时轮盘辐板上的结构薄弱部位；选用轮盘三维有限元模型，施加盘心温度a，盘外缘温度b的温度边界条件；计算出温度分布云图；读出轮盘辐板处结构薄弱部位的温度c；通过试验获取温度c下轮盘材料本构模型参数；在有限元中定义温度c下的材料属性；选用轮盘三维有限元模型，计算出温度c下的轮盘破裂转速，该值即非等温盘破裂转速。本发明节约了非等温轮盘破裂转速预测成本，提高了预测效率。

技术领域

本发明属于材料试验方法技术领域，特别涉及一种非等温轮盘破裂转速的简化预测方法。

背景技术

轮盘作为航空发动机的重要部件，又时常处于恶劣的工作环境中，其破裂失效往往是非包容性的故障，一旦发生，将会产生灾难性后果。国内外航空发动机设计准则都对轮盘强度(破裂转速)性能做出了严格的要求和规范。

因此，轮盘破裂转速的预测方法成为了航空发动机强度设计所需要的重要技术手段。由此，国内外学者纷纷针对轮盘破裂转速预测方法进行了研究，但这部分研究都集中在对常温下轮盘破裂转速的预测上，而航空发动机部分轮盘(如涡轮盘)在实际工作时，往往处于高温且存在温度梯度的工作环境下，以往学者们的轮盘破裂转速预测方法在此种条件下都不适应，这并非无人想深入研究，而是非等温盘破裂转速计算占用计算资源过多，条件所限，以致鲜有涉猎者。因此，简化非等温盘破裂转速预测方法是十分必要的。

公开号为CN106446367A的中国专利申请公开了一种《基于弧长法非线性有限元分析的轮盘破裂转速预测方法》。该申请公开了一种基于弧长法非线性有限元分析的轮盘破裂转速预测方法，步骤为：对轮盘材料取样,通过试验获取材料本构模型参数；采用传统方法近似估算轮盘的破裂转速；在有限元软件中定义轮盘的弹塑性本构模型；建立轮盘材料的三维有限元模型并进行网格划分；针对需要计算的轮盘转子有限元模型,施加约束及转速载荷；采用弧长法进行大变形非线性有限元计算；计算完成后在时间后处理器中获得转速或角速度#轮盘径向位移曲线,从而可得到轮盘或转子的极限临界转速，即为破裂转速。该申请采用了相对更为合理基于弧长法非线性有限元分析和全局塑性失稳的轮盘破裂准则，因此能更精确地预测出轮盘或转子的极限转速。

为节约非等温轮盘破裂转速预测成本，提高预测效率，本发明基于《基于弧长法非线性有限元分析的轮盘破裂转速预测方法》中提出的轮盘破裂转速预测方法，提供一种针对非等温盘的更为简洁而又兼备准确度的破裂转速预测方法。

发明内容

为节约非等温轮盘破裂转速预测成本，提高预测效率，本发明的目的是提供一种非等温轮盘破裂转速的简化预测方法，更为简洁而又兼备准确度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种非等温轮盘破裂转速的简化预测方法，该非等温轮盘破的盘心温度为a，盘外缘温度为b；

所述方法包括以下步骤：

(1)通过试验获取温度b下轮盘材料本构模型参数；

(2)在有限元中定义轮盘材料属性，选用多线性模型；

(3)建立轮盘三维有限元模型，并划分网格；

(4)对轮盘有限元模型进行破裂转速预测分析，得到温度为b的等温盘的破裂转速，并找出轮盘处于大变形失稳状态时轮盘辐板上的结构薄弱部位；

(5)选用步骤(3)得到的轮盘三维有限元模型，为其施加盘心温度a，盘外缘温度b的温度边界条件；

(6)计算出温度分布云图；

(7)从温度分布云图中读出步骤(4)中轮盘辐板处结构薄弱部位的温度c；