[发明专利]镍基单晶气膜冷却涡轮叶片的模拟件的屈曲预测方法

说明书

本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种镍基单晶气膜冷却涡轮叶片的模拟件的屈曲预测方法。该屈曲预测方法包括：建立模拟件的有限元模型；对有限元模型进行线性屈曲分析，以求解出模拟件的临界失稳载荷；比较临界失稳载荷和模拟件的加载载荷，在加载载荷大于临界失稳载荷时，模拟件产生屈曲。该屈曲预测方法能够预测模拟件是否会出现屈曲失稳，从而为镍基单晶气膜冷却涡轮叶片在拉压疲劳性能的研究提供新的参考依据。

技术领域

本公开涉及航空技术领域，尤其涉及一种镍基单晶气膜冷却涡轮叶片的模拟件的屈曲预测方法。

背景技术

镍基单晶合金因其在高温下优异的力学性能，尤其是抗氧化、耐腐蚀、高韧性以及良好的加工塑性等，已然成为航空发动机中涡轮叶片的首选材料。因为涡轮叶片的工作温度较高，通常采用气膜冷却技术对其进行降温，即：在涡轮叶片的表面上设计具有一定排布规律的气膜孔，从气膜孔引入的低温二次气流能够有效地对涡轮叶片进行降温，从而保证了涡轮叶片的正常工作。

气膜孔的引入破坏了涡轮叶片的结构完整性，同时，气膜孔也会导致涡轮叶片产生应力集中、产生疲劳裂纹，进而使得涡轮叶片失效、甚至出现严重的航空事故，所以需要对涡轮叶片进行相关的疲劳试验。但涡轮叶片的结构较为复杂，且内部为空心状态，难以直接对其进行疲劳试验。

因此，通常用涡轮叶片的模拟件代替涡轮叶片进行气膜孔的疲劳试验，从而揭示出涡轮叶片的失效机理、并获取疲劳性能及预测疲劳寿命。同时，在测试涡轮叶片的模拟件的拉压疲劳性能时常常也产生屈曲失稳现象。所以，如何预测模拟件的屈曲行为就变得十分必要。

目前，由于涡轮叶片气膜冷却技术的从业者较少，对镍基单晶气膜冷却涡轮叶片的模拟件的相关研究较为稀缺，而模拟件的屈曲预测方法更是处于空白状态。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种镍基单晶气膜冷却涡轮叶片的模拟件的屈曲预测方法，该屈曲预测方法能够预测模拟件是否会出现屈曲失稳，从而为镍基单晶气膜冷却涡轮叶片在拉压疲劳性能的研究上提供新的参考依据。

为实现上述发明目的，本公开采用如下技术方案：

根据本公开的一个方面，提供一种镍基单晶气膜冷却涡轮叶片的模拟件的屈曲预测方法，所述屈曲预测包括：

建立所述模拟件的有限元模型；

对所述有限元模型进行线性屈曲分析，以求解出所述模拟件的临界失稳载荷；

比较所述临界失稳载荷和所述模拟件的加载载荷，在所述加载载荷大于所述临界失稳载荷时，所述模拟件产生屈曲。

在本公开的一种示例性实施例中，对所述有限元模型进行线性屈曲分析，以求解出所述模拟件的临界失稳载荷，包括：

定义所述有限元模型的边界条件，所述边界条件包括所述加载载荷；

选取分析模态，并基于选取的分析模态对所述有限元模型进行线性屈曲分析，以得到所述有限元模型的最大屈曲特征值；

对所述最大屈曲特征值和所述加载载荷进行乘积计算，以求解出所述临界失稳载荷。

在本公开的一种示例性实施例中，基于选取的分析模态对有限元模型进行线性屈曲分析，包括：

选择静态分析步；

在所述静态分析步下，选择线性摄动分析步；

在所述线性摄动分析步中选择Lanczos求解器，并设置特征值的阶数，以对所述有限元模型进行线性屈曲分析。

在本公开的一种示例性实施例中，定义所述有限元模型的边界条件，包括：