[发明专利]一种流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法

权利要求书

1.一种流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

第一步、将振动载荷的频域信号转换为时域信号，再将时域信号从单周期拓展为多周期，得到长时间时域信号；

第二步、采用有限元分析软件对温度传感器进行建模并完成前处理；

第三步、进行速度、温度、压力和振动四种环境载荷的直接耦合仿真，得到整个仿真时间内温度传感器整体结构的应力分布。

2.根据权利要求1所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，第一步中，将振动载荷的频域信号转换为时域信号的具体方法为：

步骤1、将随机振动的频谱信号转换为时域信号；

步骤2、将时域信号恢复为随机振动的频谱信号；

步骤3、判断恢复前的时域信号与恢复后的随机振动的频谱信号是否一致；若一致则将转换后的时域信号导出，否则转到步骤1。

3.根据权利要求1所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，第一步中，将时域信号从单周期拓展为多周期的具体方法为：

步骤1、将单周期时域信号进行信号分离，得到单周期时间数组和单周期振幅数组；

步骤2、将单周期时间数组的时间长度进行拓展并存放到时间矩阵中，将单周期振幅数组的振幅进行周期性拓展并存放到振幅矩阵中；

步骤3、将时间矩阵转换为多周期时间数组，将振幅矩阵转换为多周期振幅数组；

步骤4、将多周期时间数组和多周期振幅数组一一对应进行信号聚合，得到长时间时域信号。

4.根据权利要求1所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，第二步中，采用ANSYS workbench有限元分析软件对温度传感器的结构进行建模和仿真，采用Transient Structure模块完成仿真的前处理。

5.根据权利要求1或4所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，第二步中，对温度传感器模型进行前处理包括导入温度传感器模型、划分网格、设置接触对以及设置温度传感器约束条件。

6.根据权利要求1所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，第三步包括4个求解步：

第1求解步：根据燃气轮机内部实际流场条件，在Fluent模块中设置流体的速度载荷和温度载荷，然后将Fluent模块与力学模块级联构成流固耦合，再通过流固耦合将速度载荷和温度载荷传递到温度传感器与流体的接触面上；

第2求解步的步长设置为施加温度载荷、压力载荷与速度载荷达到稳定需要的时间，第2求解步的子步数为1；

第3求解步的步长设置为第2求解步的步长与第一步得到的长时间时域信号的时间长度之和；根据第3求解步中子步的步长设置第3求解步的子步数，第3求解步的子步步长不大于长时间时域信号变化的最小时间长度；

第4求解步：将压力载荷施加在整个温度传感器上，将第一步得到的长时间时域信号作为振动载荷施加在温度传感器的螺纹固定处，进行直接耦合仿真，得到整个仿真时间内温度传感器整体结构的应力分布。

7.根据权利要求1所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，对第三步得到的整个仿真时间内温度传感器整体结构的应力分布进行后处理得到温度传感器在温度、压力、速度与振动四种载荷耦合下的仿真最大值。

8.根据权利要求7所述的流体载荷与振动载荷直接耦合的应力仿真方法，其特征在于，对第三步得到的整个仿真时间内温度传感器整体结构的应力分布进行后处理的具体步骤如下：

1)根据第三步得到的整个仿真时间内温度传感器整体结构的应力分布找到温度传感器薄弱点；

2)获得温度传感器薄弱点在整个仿真时间内的应力变化情况；

3)找到温度传感器薄弱点应力积累最大的时刻；

4)获得温度传感器薄弱点应力积累最大时刻对应的温度传感器的整体应力、应变和形变结果，得到温度传感器在温度、压力、速度与振动四种载荷耦合下的仿真最大值。