[发明专利]航空发动机转子系统安全性数值评估方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机转子系统安全性数值评估方法，其包括以下步骤：根据转子系统的三维结构特点，区分轴对称部分和非轴对称部分，对轴对称部分建立傅里叶单元有限元模型，对非轴对称部分建立三维循环对称单元有限元模型；在傅里叶单元有限元模型和三维循环对称单元有限元模型之间利用多点约束算法形成耦合；根据转子系统中部件之间的实际的接触位置施加接触对，并设置接触参数，设置大变形几何非线性参数，施加发动机载荷并设置边界约束，设置载荷步和并行求解参数，开展并行求解，获得转子系统的数值分析结果；以及通过分析结果，分析转子系统的单点应力、寿命及破裂裕度，完成对转子系统的安全性数值评估。本发明用于提高评估的准确性。

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种航空发动机转子系统安全性数值评估方法。

背景技术

航空发动机是现代工业技术的集大成者，转子系统是航空发动机最核心的部件之一。随着对航空发动机性能、可靠性和服役时间越来越高的要求，发动机的转速不断提高而重量则需要尽量降低，发动机转子的运行载荷环境愈加恶劣，不仅要承受数万转速下的离心力，还要承受高温高压带来的热应力和压力载荷，运行中还可能承受振动和冲击等复杂载荷。转子系统的安全性事关整个发动机和整个飞机的安全，对其进行有效的预测和评估显得尤其重要。

发明内容

本发明的一些实施例提出一种航空发动机转子系统安全性数值评估方法，用于提高评估的准确性。

本发明的一些实施例提供了一种航空发动机转子系统安全性数值评估方法，其包括以下步骤：

根据航空发动机转子系统的三维结构特点，区分轴对称部分和非轴对称部分，对轴对称部分建立傅里叶单元有限元模型，对非轴对称部分建立三维循环对称单元有限元模型；

在傅里叶单元有限元模型和三维循环对称单元有限元模型之间利用多点约束算法形成耦合；

根据转子系统中部件之间的实际的接触位置施加接触对，并设置接触参数，设置大变形几何非线性参数，施加发动机载荷并设置边界约束，设置载荷步和并行求解参数，在计算机平台上开展并行求解，获得航空发动机转子系统的数值分析结果；以及

通过航空发动机转子系统的数值分析结果，分析航空发动机转子系统的单点应力、寿命及破裂裕度，完成对航空发动机转子系统的安全性数值评估。

在一些实施例中，在对傅里叶单元有限元模型并行求解参数前，将傅里叶单元有限元模型集成方程，设置周向傅里叶节点数N；

如果周向傅里叶节点数N为奇数，傅里叶单元有限元模型的形函数u_i为：

如果周向傅里叶节点数N为偶数，傅里叶单元有限元模型的形函数u_i为：

其中，i＝r,θ,z为圆柱坐标系下径向、周向和轴向节点位移，H_i(ξ,η)为平面四边形或者三角形单元的形函数，a_i、b_i、c_i为傅里叶级数系数。

在一些实施例中，所述对非轴对称部分建立三维循环对称单元有限元模型，包括：采用循环对称模型建立20节点全六面体单元，在转子系统中部件之间发生接触的位置使单元大小保持一致，循环对称面的网格保持一致。

在一些实施例中，所述在傅里叶单元有限元模型和三维循环对称单元有限元模型之间利用多点约束算法形成耦合，包括：

选择三维循环对称单元有限元模型的连接面为主面，选择傅里叶单元有限元模型的接触面为从面；

建立每个从面节点与主面节点之间的约束关系，约束关系满足下式：