[发明专利]一种基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法

说明书

本发明公开了一种基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法，通过DEM求解器设置各种接触碰撞模拟环境，并对导入的发动机几何模型与FOD(Foreign Object Debris)，即发动机几何模型与外来异物损伤颗粒或颗粒簇，FOD颗粒或FOD颗粒簇之间进行接触碰撞检测，并在随后的计算过程中进行接触碰撞数值模拟和求解，然后对发生接触碰撞的发动机几何模型进行磨损评估，从而获取发生接触碰撞的发动机的碰撞位置的磨损状态。包括以下步骤：获取发动机几何模型，并将发动机几何模型导入DEM求解器；设置DEM求解器接触碰撞模拟环境，并进行初始化；基于接触碰撞模拟环境对发动机几何模型进行接触碰撞检测与计算，获取接触碰撞信息；基于接触碰撞信息对发生接触碰撞的发动机几何模型进行磨损评估。

技术领域

本发明涉及航空发动机外来异物撞击领域，具体涉及一种基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法。

背景技术

航空涡轮发动机在起飞或着陆阶段，高速旋转的涡轮叶片在前方来流的作用下需要承受较大的压力，以及离心和高频震动应力等，该阶段如果发动机吸入硬质FOD(ForeignObject Debris)，很可能会对风扇叶片和压气机前部叶片造成缺口、凹坑或者裂纹等影响，同时伴随应力集中和显微结构损伤，而不同类型的损伤状态又会影响高周疲劳(HighCycle Fatigue，HCF)强度，进而在疲劳载荷作用下加速叶片裂纹扩散，大幅降低叶片寿命，诱发叶片提前断裂失效。

FOD可以很容易被吸入发动机，导致发动机失效。据保守估计，每年全球因FOD造成的损失至少在30-40亿美元。FOD不仅会造成巨大的直接损失，还会造成航班延误、中断起飞、关闭跑道等间接损失。

但由于目前的国内外研究FOD对航空发动机的影响主要采用的是通过实验手段使FOD高速冲击风扇叶片以进行多参数化研究冲击损伤区域的特性以及裂纹萌生和扩展行为的机理，以及采用基于非线性结构力学的数值分析手段对FOD撞击风扇叶片的过程进行数值求解。但实验手段不仅成本高昂，而且会对材料内部造成实质性损伤，难以开展多参数和多环境状态研究，是当诸如硬币、零部件或者石块等硬质FOD被吸入发动机，在旋转的风扇叶片或者低压压气机的撞击下破碎，并在高速载流的作用下冲击高压压气机叶片后，极容易导致叶片发生变形，引起发动机震颤，尤其当有较大的硬质残渣进入燃烧室则很可能导致严重事故。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法，可以外来异物(Foreign Object Debris，以下有时简称 FOD)碰撞磨损评估需求，通过DEM求解器(Discrete Element Method，离散单元法)设置各种接触碰撞模拟环境，然后对发动机几何模型进行接触碰撞检测，并对发生接触碰撞的发动机几何模型进行磨损评估。

本发明的技术方案为：

本发明提供一种基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法，包括以下步骤：

获取发动机几何模型，并将发动机几何模型导入DEM求解器；

设置DEM求解器接触碰撞模拟环境，并进行初始化；

基于接触碰撞模拟环境对发动机几何模型进行接触碰撞检测；

对发生接触碰撞的发动机几何模型进行磨损评估。

根据本发明的基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法的一实施例，所述基于DEM求解器的外来异物碰撞磨损评估方法采用多面体网格对发动机几何模型进行网格化预处理，获取精细化的发动机几何模型。