[发明专利]一种考虑纤维走向的编织复合材料涡轮叶片温度场计算方法

摘要

本发明公开了一种考虑纤维走向的编织复合材料涡轮叶片温度场计算方法，以CMC材料为代表的纤维编织复合材料的导热系数呈现各向异性，具三个导热主方向，将此材料应用于涡轮叶片时，由于叶片型面扭曲，导致其导热主方向与叶片模型的计算坐标系存在偏转角，叶片不同位置的导热各向异性方向不同。本发明根据叶片型面及CMC材料编织工艺获得材料导热主方向与计算坐标系的偏转角度，并计算得到叶片不同位置的局部各向异性导热系数，再引入到叶片温度场计算的有限元程序中，最终获得考虑纤维走向的编织复合材料涡轮叶片温度场。与直接给定全局各向异性导热系数的方法相比，本发明更符合编织材料涡轮叶片的实际结构，计算得到的叶片温度场精度更高。

主权项

1.一种考虑纤维走向的编织复合材料涡轮叶片温度场计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：建立仅包含叶片固体域的计算模型，并对其进行网格划分；步骤二：根据叶片结构特点进行区域划分，分为前缘区域、加强肋区域、叶身区域，分别获得三个区域的外轮廓拟合曲线；步骤三：分别对三个区域的外轮廓曲线求导，即可获得叶片外轮廓线的切线方向，根据CMC材料编织叶片的结构特征，该切线方向即视为当地导热系数主方向；步骤四：到外轮廓线距离最近的网格节点为外轮廓线节点，此网格节点与所述外轮廓线节点的导热系数主方向相同；具体方法是：针对叶身内部位置的节点，采用“最近外轮廓节点替代法”来计算叶身内部节点导热主方向空间偏角值，即针对叶身内部位置某一节点，在外轮廓节点中遍历寻找距离最近节点，将外轮廓节点中距离叶身内部位置某一节点最近的外轮廓线节点的导热系数主方向作为该叶身内部位置节点的导热系数主方向；步骤五：在获得叶片所有网格节点的导热系数主方向后，根据各向异性导热系数矩阵转换方法计算得到每个网格节点的各向异性导热系数；步骤六：将计算得到的各向异性导热系数赋给对应的网格节点，完成编织纤维涡轮叶片热分析中导热系数的设置；步骤七：给定叶片内外壁面的换热边界条件，进行叶片固体域模型的有限元计算，进而获得考虑纤维走向的编织复合材料涡轮叶片温度场。