[发明专利]基于转子稳态变形假设的盘轴一体转子破裂转速预测方法

说明书

本发明公开了一种基于转子稳态变形假设的盘轴一体转子破裂转速预测方法，包括以下步骤：(1)对转子材料按方向取样，试验获取不同方向上的材料本构模型参数，定义材料参数；(2)建立转子的1/n三维模型，进行循环对称约束，并进行网格划分，得到转子1/n有限元模型；(3)针对需要计算的转子1/n有限元模型，施加约束及转速载荷；(4)采用弧长法进行大变形非线性有限元计算；(5)计算完成后，按子步读取结果，检查计算有效性；(6)在时间后处理器中获得转速‑叶尖径向位移曲线，获得转子的最大稳态转速，该最大稳态转速即为破裂转速。本发明提高了盘轴一体转子破裂转速预测的准确性。

技术领域

本发明属于航空发动机轮盘设计技术领域，特别涉及一种盘轴一体转子破裂转速预测方法。

背景技术

航空发动机空气涡轮起动机是航空发动机的安全运行保险，而盘轴一体转子是的空气涡轮转子是最重要的部件之一。空气涡轮起动机的盘轴一体转子测试、工作时，会短暂进入超转状态，为确保空气涡轮起动机的安全，确保发动机和飞机的正常服役，对于其转子的强度(破裂转速)性能具有严格的要求和规定。

破裂转速分析是现代航空发动机轮盘强度设计的重要内容之一。但与航空发动机空心轮盘不同，空气涡轮转子为盘轴一体转子，其应力分布及破裂形式都与航空发动机空心轮盘有所不同。工程实践表明传统方法(如平均应力法)等轮盘破裂预测方法不能满足盘轴一体转子的工程设计需要，预测精度无法保证。因此，对于盘轴一体转子，有必要研究和建立与盘轴一体转子结构应力特征相匹配的破裂转速计算方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于转子稳态变形假设的盘轴一体转子破裂转速预测方法，以解决现有预测方法在预测盘轴一体转子破裂转速预测精度方面的不足的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于转子稳态变形假设的盘轴一体转子破裂转速预测方法，包括以下步骤：

(1)对转子毛坯进行弦向和径向取样，采用平均拉伸性能建立转子材料的多线性本构模型参数，定义材料参数；

(2)建立转子的1/n三维模型，进行循环对称约束，并进行网格划分，得到转子1/n有限元模型；

(3)针对需要计算的转子1/n有限元模型，施加约束及转速载荷；

(4)采用弧长法进行大变形非线性有限元计算；

(5)计算完成后，按子步读取结果，检查计算有效性；

(6)在时间后处理器中获得转速-叶尖径向位移曲线，获得转子的最大稳态转速，该最大稳态转速即为破裂转速。

所述步骤(2)中，建立的转子1/n有限元模型，n为盘轴一体转子叶片数量。

所述步骤(2)中，进行网格划分时，需针对叶片前后缘及叶片与盘体连接处倒角部位进行局部网格细化，盘轴部分网格尺寸需保持均匀一致。

所述步骤(3)中，需对转子1/n有限元模型，盘轴部分分割面上的节点进行周向约束，叶片及与盘缘连接部分不进行周向约束。

所述步骤(3)中，对转子1/n有限元模型施加一个大于轮盘破裂转速估算值的转速载荷。

所述步骤(4)中，求解器设置采用弧长法进行大变形非线性有限元计算，并设置盘轴一体转子有限元模型任意一节点位移到达某一数值作为迭代计算的停止条件，该数值应略大于转子破裂前叶片尖端径向位移的估计值。

所述步骤(4)中，设置计算结束时Time值为1，并设置子步数并根据设定的频次记录子步结果。

所述步骤(5)中，检查子步中最大Time是否出现在中间子步，如最大Time值出现在最后子步或过于靠近最后子步，需提高步骤(4)中迭代计算停止条件的位移数值，再重新计算。