[发明专利]一种燃烧室机匣孔结构特征模拟试件设计方法

权利要求书

1.一种燃烧室机匣孔结构特征模拟试件设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

第一步，对燃烧室机匣上的实际孔结构进行线弹性有限元应力分析，提取实际孔结构特征部位最大主应力法平面；

第二步，向燃烧室机匣的实际孔结构几何模型的最大主应力部位插入虚拟裂纹，再次进行弹性有限元分析提取裂纹前缘表面点和最深点的应力强度因子，通过与材料的裂纹扩展门槛值和断裂韧性比较，确定法平面上虚拟裂纹尺寸最小边界和最大边界，计算虚拟裂纹尺寸边界范围内不同尺寸的裂纹的应力强度因子，获得裂纹前缘点应力强度因子随裂纹尺寸的分布；

第三步，计算评估燃烧室机匣的孔结构特征部位影响边界，确定模拟该孔结构特征的试件局部和总体形貌；

第四步，基于与步骤二中同规格虚拟裂纹前缘应力强度因子分布一致性条件对孔结构特征模拟试件的局部尺寸和载荷模式进行优化设计。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二中虚拟裂纹是在所述最大主应力法平面上假设的裂纹，裂纹扩展方向为最大主应力梯度方向；若主应力点位于孔面上，则插入的虚拟裂纹为表面裂纹，若主应力点位于孔棱上，则插入的虚拟裂纹为角裂纹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述虚拟裂纹形状为前缘为半椭圆的表面裂纹、或四分之一椭圆的角裂纹或直线的穿透裂纹；半椭圆表面裂纹表面长度为深度的2倍，四分之一椭圆角裂纹两表面长度相等；半椭圆表面裂纹或四分之一椭圆角裂纹的椭圆中心位于孔结构特征部位最大主应力点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤二中虚拟裂纹尺寸边界的最小值由实际孔结构特征部位裂纹尺寸增加使其裂纹前缘应力强度因子达到材料裂纹扩展门槛值决定；

虚拟裂纹尺寸边界的最大值由实际孔结构特征部位裂纹尺寸增加使其裂纹前缘应力强度因子达到材料裂纹断裂韧性决定；

若增大表面裂纹尺寸达到结构边界而应力强度因子仍未达到断裂韧性，则裂纹类型转变为角裂纹或穿透裂纹，同理，若四分之一椭圆角裂纹的尺寸达到结构边界却未达到断裂韧性则转变为穿透裂纹，直至裂纹尺寸增加使裂纹前缘的应力强度因子等于断裂韧性，此时的裂纹尺寸即为虚拟裂纹尺寸的最大边界。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤二中裂纹前缘点应力强度因子随裂纹尺寸的分布为随裂纹尺寸变化的裂纹表面点和最深点的应力强度因子的分布，其中半椭圆表面裂纹前缘点为两个表面点和一个最深点，四分之一椭圆角裂纹和穿透裂纹的前缘点为两个表面点。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤三中燃烧室机匣的孔结构特征影响边界为2倍虚拟裂纹尺寸边界的最大值；

孔结构特征模拟试件的试验段初始形貌为机匣上实际孔结构特征几何构型孔结构特征模拟试件两端加载段采用螺栓形式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述孔结构特征模拟试件的加载方式为两端加载轴共线或非共线，非共线加载用于实现弯曲载荷的施加，试验段与加载段采用圆弧过渡。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤四中优化流程包括：

指定试件中模拟孔结构特征的试验段各尺寸、加载轴偏心距、载荷大小为设计变量，建立试件几何模型，在试件最大主应力法平面上的最大主应力部位插入虚拟裂纹并计算裂纹前缘点应力强度因子，重复插入不同尺寸裂纹计算获得与步骤二中同规格裂纹前缘点的应力强度因子，形成随裂纹尺寸变化的应力强度因子分布；与步骤二中应力强度因子分布进行对比，判断是否满足设计要求，若满足则形成最终设计，否则修改设计变量，重新计算并比较试件中虚拟裂纹的应力强度因子分布，直至满足条件得到最终设计。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述设计要求是指：步骤四与步骤二中应力强度因子分布相对误差的均方根是否小于5％。