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基于ANSYS 的涡轴发动机组合压气机转子.pdf

基于ANSYS 的涡轴发动机组合压气机转子

合金天下
2009-11-18 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《基于ANSYS 的涡轴发动机组合压气机转子pdf》,可适用于工程科技领域

年用户年会论文基于ANSYS的涡轴发动机组合压气机转子参数化仿真系统开发纪福森,吴铁鹰,陈伟南京航空航天大学能源与动力学院摘要本文分析了航空涡轴发动机组合压气机转子的结构特点和设计特点并将近年来广泛提及的参数化设计思想引入到组合压气机的设计分析中利用ANSYS提供的APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)和UIDL(UserInterfaceDesignLanguage)开发工具开发了涡轴发动机组合压气机参数化有限元分析系统。实现了某涡轴发动机组合压气机转子各级叶片、各级轮盘、各级叶盘以及整级组件的全参数驱动的有限元建模及分析。关键词涡轴发动机组合压气机整体叶盘参数化设计分析DevelopmentofParametricSimulationSystemofTurbineShaftEngineCombinedCompressorRotorJiFusen,WuTieying,ChenWeiNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsCollegeofEnergyandPowerEngineering,AbstractInthispaper,structuralcharacteristicanddesigncharacteristicofturbineshaftenginecombinedcompressorrotorwereanalyzed,andtheparametricdesignmethodwasusedinthedesignandanalysisofcombinedcompressorrotorBythetoolsofAPDL(ANSYSParametricDesignLanguage)andUIDL(UserInterfaceDesignLanguage),parametricfiniteelementanalysissystemofturbineshaftenginecombinedcompressorrotorwasdevelopedAtlast,thecompleteparametricfiniteelementmodelandanalysisofblades,disks,blisksandcombinedcompressorrotorwasrealizedKeywordturbineshaftengine,combinedcompressor,blisk,parametricdesignandanalysis年用户年会论文前言参数化设计是一种解决设计约束问题的数学方法它是在结构形状比较定型时用一组参数来约定尺寸的关系然后通过尺寸驱动达到改变结构形状的目的。参数化设计广泛应用于机械产品的建模中。近年来开始将参数化的思想融入到有限元分析中提出了基于结构参数化的有限元分析。但是由于只能进行几何模型的参数化,参数化程度比较浅。于是提出了全参数驱动的有限元分析方法即对有限元分析的前、后处理进行参数化,包括几何模型、有限元网格划分、约束边界条件、载荷、材料性能、单元类型、分析类型和后处理类型的参数化,自动化程度高,具有发展前途。ANSYS是目前少数几种支持参数化设计的有限元分析软件之一。ANSYS功能强大、通用性好同时还具有良好的开放性用户可以根据具体需要在其标准版本上开发出具有行业分析特点的专用系统。ANSYS提供了三种二次开发工具:参数化程序设计语言(APDL)通过该语言编制参数化有限元分析程序实现有限元分析过程的全参数化驱动用户界面设计语言(UIDL)通过该语言编写或改造ANSYS图形界面使其更符合行业分析特点用户程序特性(UPFs),通过该语言可以从开发程序源代码的级别上扩充ANSYS的功能。本文涡轴发动机组合压气机转子参数化有限元分析系统其核心内容是参数化模型的定义和可变参数的有限元分析程序的编制然后利用UIDL语言开发系统操作界面将各零部件的参数化有限元程序集成于ANSYS环境。涡轴发动机压气机结构特点和设计特点涡轴发动机是一种输出轴功率的涡轮喷气发动机。法国是最先研制涡轴发动机的国家。年代初透博梅卡公司研制成世界上第一台航空涡轮轴发动机定名为“阿都斯特l”。涡轴发动机的压气机结构形式从纯轴流式、单级离心、双级离心到轴流与离心混装一起的组合式压气机。当前直升机的涡轴发动机大多采用的是若干级轴流加一级离心所构成的组合压气机。例如国产涡轴、涡轴发动机“黑鹰”直升机上的T发动机。涡轴发动机的轴流压气机大量采用整体结构结构简单零组件数量少。如将转子叶片和轮盘做成一体形成叶盘结构。法国阿赫耶发动机美国T发动机均采用了整体叶盘结构。年用户年会论文压气机的设计过程是一个气动设计和结构设计反复修正、协调、计算与实验的过程。从压气机气动、结构设计流程图中可以看出在两个过程中都存在着大量的结构强度分析的内容。此外从流程图中还可以看出设计流程存在大量的反复性。作为航空涡轴发动机压气机转子这样一个复杂的系统如果每一次结构设计方案的调整和结构强度的分析都是一个新的过程其中的重复劳动量将是非常巨大的。于是我们将参数化的设计分析方法引入到涡轴发动机组合压气机设计过程中使得设计分析工作主要是各类零件结构形式的选择和具体参数的调整以及对每种设计方案的结构强度分析。这样可以减少工作人员的工作量缩短压气机的设计周期。参数化有限元分析模型的定义对于涡轴发动机组合压气机这种复杂的非标准件我们首先对其进行结构分解可分为轴流轮盘、轴流叶片、离心轮盘、离心大小叶片。我们知道叶盘结构非常复杂在定义几何参数时具有一定的难度这样我们引入了特征结构的概念按特征结构对其定义参数。对叶盘结构进行特征分析各种形式的轮盘都具有轮缘、腹板和轮毂三大基本特征称之为基盘其余形状则为辅助特征包括突缘、鼓筒、轴径、安装边、均布孔或安装孔、环槽及篦齿等。基于这种思想我们对某轴流叶盘结构进行研究(图)在满足分析要求的条件下对结构进行适当简化并提取结构的几何参数(表)。图某轴流叶盘结构简图年用户年会论文表结构特征参数表特征结构特征参数特征结构特征参数轮毂半径腹板厚度轮毂厚度腹板腹板高度轮毂轮毂倾角轮缘大端加强环高轮缘大端外半径轮缘大端加强环长轮缘大端厚度轮缘小端加强环高轮缘大端齿基体长安装边加强环轮缘小端加强环长轮缘长轮毂过渡圆角轮缘大端长度腹板与轮毂过渡圆角轮缘小端外半径过渡圆角腹板与轮缘过渡圆角轮缘小端厚度轮缘轮缘小端齿基体长叶片叶片个数表有限元分析参数表单元类型轮盘网格控制参数材料弹性模量叶盘旋转速度材料泊松比有限元分析类型材料密度有限元后处理类型有限元分析参数叶片网格控制参数有限元分析参数APDL参数化有限元分析方法ANSYS参数化有限元分析程序设计方法与步骤:()利用参数化设计思想,根据模型的几何结构抽象出描述模型的特征参数,并对实际模型在不影响精度的情况下适当简化。同时设置单元类型、单元网格精度、材料参数等有限元分析参数。()用APDL语言编制包含实体建模、分析过程、结果处理过程的有限元分析程序。()引入设计分析参数,构成可变参数的有限元分析程序。()根据设计分析要求,将参数赋予具体的特征值进行有限元分析。年用户年会论文这样在进行结构设计分析时只需重复()就可不断获得新的结果,对于具体使用人员甚至无需了解有限元的具体分析过程与方法,就可得到有限元分析结果。另外根据设计要求我们可以增加各种分析功能和后处理功能也可自己开发新的功能模块与ANSYS集成如开发新的优化算法程序等。涡轴发动机组合压气机参数化仿真实例在进行复杂零部件参数化设计分析时首先将复杂零部件按特征分解然后引入模块拼合关系作为约束建立零部件参数间函数关系从而实现了复杂三维零部件实体模型的参数化设计分析。基于上述思想我们实现了涡轴发动机组合压气机转子的参数化仿真其由三级轴流式一级离心式叶盘组成。图参数化有限元设计分析流程年用户年会论文图UIDL开发的系统界面图轴流叶片有限元分析模型图轴流轮盘参数化有限元分析模型图轴流叶盘参数化有限元分析模型图轴流叶盘参数化有限元分析等效应力年用户年会论文图组合压气机转子参数化有限元分析模型图参数化有限元分析等效应力结论()将参数化设计思想引入到涡轴发动机组合压气机整体叶盘的设计分析中设计人员每次只需调整具体结构参数及有限元分析参数进行有限元计算。而无需进行重复建模这样节省了大量时间可以缩短组合压气机的设计周期。()参数化设计思想引入使得设计人员可以根据设计要求对各分结构进行有限元分析如各级叶片、各级轮盘、各级叶盘等的有限元分析。()在基于结构参数化的基础上设计人员可以方便的进行结构的DD优化设计。()随着我们各种结构形式叶盘参数化模型库的丰富设计人员只需根据设计要求选择某种结构进行参数调整即可组合成整个压气机进行分析可以实现设计分析的半自动化。参考文献王坚,黄金国,向文等参数化特征造型系统FMTJ高技术通讯,()平雪良,朱广平,周来水一种新的参数化设计方法J东南大学学报,()陈德人参数化设计模型与方法J浙江大学学报,()陈伟,何飞,温卫东基于结构参数化的有限元分析方法J机械科学与技术黄菊花等材料成形计算机模拟中的参数化有限元法J中国机械工程航空发动机设计手册(压气机分册)北京:航空工业出版社马枚等并行工程环境下基于约束的叶盘结构建模与分析J航空动力学报

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