[发明专利]一种燃烧室机匣的适航符合性验证方法

权利要求书

1.一种燃烧室机匣的适航符合性验证方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)：根据航空发动机用材料手册，确定在工作温度下的燃烧室机匣所用的GH4169镍基高温合金的最低性能的材料参数，所述最低性能的材料参数为弹性模量和屈服强度；依据航空发动机适航条款的要求，确定燃烧室机匣工作压力的极限值，在燃烧室机匣有限元分析模型上施加载荷边界条件，所述载荷边界条件包括气动轴向力和横向力、内外气体压力差；再根据燃烧室机匣实际工况下受约束情况，确定位移边界条件；

步骤(2)：根据步骤(1)所确定的载荷边界条件和位移边界条件，对燃烧室机匣进行特征值屈曲分析，得到机匣不同阶次的特征值及对应的特征屈曲模态；特征值屈曲分析所得的第一阶即最低阶特征屈曲模态反映了机匣最先可能出现失稳变形的部位与分布情况，作为初步判断机匣稳定性的参考；

步骤(3)：选取燃烧室机匣的第一阶屈曲失稳变形部位，在步骤(1)确定的载荷边界条件和位移边界条件下进行几何和材料双重非线性屈曲分析；对步骤(2)所得燃烧室机匣最低阶特征屈曲模态整体的变形幅值进行缩小处理，构造出引发机匣失稳的初始扰动；所述初始扰动是指引发燃烧室匣偏离原有的平衡状态而在外载荷作用下出现屈曲失稳的初始变形；再采用弧长法追踪燃烧室机匣屈曲失稳过程中的载荷位移关系曲线，确定燃烧室机匣的非线性屈曲临界载荷，提取非线性屈曲临界载荷对应的屈曲模态，得到燃烧室机匣失稳区域的分布情况；

步骤(4)：将非线性屈曲临界载荷与燃烧室机匣最大工况下的内外气压差之比定义为稳定安全系数，作为燃烧室机匣稳定性适航符合性的判断条件；若所述稳定安全系数不满足判断条件，则修改燃烧室机匣失稳部位的壁厚或增设加强筋以调整燃烧室机匣的几何结构；若满足条件则表明燃烧室机匣的稳定性符合航空发动机适航条款的要求；

步骤(5)：以非线性屈曲临界载荷作为燃烧室机匣新的内外气压差的输入值，同时加载步骤(1)确定的载荷边界条件和位移边界条件，进行燃烧室机匣静强度分析，确定应力和变形情况；采用航空发动机用手册中确定的应力标准和变形幅值，验证燃烧室机匣在稳定性符合要求的前提下应力值和变形量是否符合发动机手册的要求；根据特征值屈曲分析、非线性屈曲分析和静强度校核分析的结果，最终确定燃烧室机匣的适航符合性。

2.根据权利要求1所述的燃烧室机匣的适航符合性验证方法，其特征在于：所述步骤(2)中，对燃烧室机匣进行特征值屈曲分析，得到燃烧室机匣不同阶次的特征值及对应的特征屈曲模态的具体过程如下：

(1)进入有限元分析软件求解层，选择分析类型为屈曲分析；根据实际需要在求解控制选项中设置特征值提取方法和提取的特征值数目；所述特征值提取方法包括子空间迭代法、分块兰索斯法；

(2)在提取特征值后进入有限元分析软件的求解层进行模态扩展，定义模态扩展数目，在求解层再次进行求解，得到从第一阶开始的一系列不同阶次的特征值及其对应的特征屈曲模态。

3.根据权利要求1所述的燃烧室机匣的适航符合性验证方法，其特征在于：所述步骤(3)中，进行几何和材料双重非线性屈曲分析的具体过程如下：

(1)基于特征值屈曲分析所得第一阶模态，对第一阶模态的所有节点的位移进行相同比例的缩小处理，处理结果作为非线性屈曲分析的初始扰动；

(2)基于所述燃烧室机匣有限元分析模型中所采用的弹塑性材料模型，输入GH4169在高温状态下的应力和应变关系，开启几何大变形选项以计算机匣在失稳过程中应变和位移之间的几何非线性关系；

(3)基于弧长法，根据需要设置迭代终止条件进行求解，提取有限元分析模型的最大位移节点的载荷位移关系曲线，载荷位移关系曲线中的曲线斜率为零的位置所对应的载荷即为燃烧室机匣的非线性屈曲临界载荷。

4.根据权利要求1所述的燃烧室机匣的适航符合性验证方法，其特征在于：所述步骤(4)中，稳定安全系数f_i计算如下式所示：

式中：q_cp为非线性屈曲分析所得临界载荷，单位为MPa；q_max为机匣工作时的最大压力差，单位为MPa；将稳定安全系数大于等于1.5作为燃烧室机匣稳定性符合航空发动机适航条款要求的判断条件。