[发明专利]一种应用于轴流式旋转机械转子的快速强度分析方法

说明书

本发明公开了一种应用于轴流式旋转机械转子的快速强度分析方法，S1，建立转子实体模型；S2，对转子实体模型进行强度分析，其中转子轮盘具有数量为n的要保留的几何特征，保留其中一个并以之为中心对转子实体模型沿周向截取360°/n范围的扇形计算域，对计算域的两个周向侧面设置周期性边界条件；S3，对扇形计算域建立有限元模型，施加与实际工况对应的载荷，获取变形和应力场结果，进而得到强度分析结果。可以在保障计算准确性的前提下最大限度的节省计算时间，提高分析效率，简化了实体建模、有限元建模的布置，降低了计算分析的时间；保留了故障区域详细的部件结构，还原了必要的几何特征，得到故障部件更准确的强度分析结果。

技术领域

本发明属于旋转机械强度分析领域，涉及一种应用于轴流式旋转机械转子的快速强度分析方法。

背景技术

轴流式旋转机械是通过转子旋转实现功能的机械装置，常见的有航空发动机、重型燃气轮机、压缩机等。转子作为旋转机械的核心部件，一般由主轴、轮盘、叶片、螺栓等构成，结构复杂，载荷多变，是旋转机械故障的主要来源。转子的故障往往与其承受的交变应力有关，而且转子故障通常需要停机检修，会造成程度不等的经济损失。因此对旋转机械转子进行强度分析具有十分重要的现实意义。

传统的轴流式旋转机械转子强度分析程序复杂，强调分析数据的准确性，需要多种手段互为印证。即使是效率较高的数值计算方法，也需要耗费大量时间建立实体模型和与之对应的网格来还原旋转机械转子复杂的几何结构，还原的特征越多，网格加密量越大，消耗的计算时间也随之大幅增加。强度分析周期越长，转子故障造成的经济损失就越大。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种应用于轴流式旋转机械转子的快速强度分析方法，降低了计算分析的时间，能够快速完成故障定性，有助于降低故障停机造成的损失。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种应用于轴流式旋转机械转子的快速强度分析方法，包括以下过程：

S1，建立转子实体模型；

S2，对转子实体模型进行强度分析，其中转子轮盘具有数量为n的要保留的几何特征，保留其中一个并以之为中心对转子实体模型沿周向截取360°/n范围的扇形计算域，对计算域的两个周向侧面设置周期性边界条件；

S3，对扇形计算域建立有限元模型，施加与实际工况对应的载荷，获取变形和应力场结果，进而得到强度分析结果。

优选的，S1中，建立转子实体模型的具体过程为：对于故障区域的部件保留几何特征和与相邻几何结构之间的接触面；对于非故障部件，忽略这些部件之间的接触面而将其视为一个连续体；将连续体和故障区域的单独实体按照装配关系组合成完整的转子实体模型。

优选的，S1之前，采用集中质量法将叶片的质量等效至其对应轮盘上。

优选的，S2中，n为4～20。

优选的，S3中，对故障区域部件施加与实际工况对应的载荷，获取故障区域部件承载面和接触面的变形和应力场结果。

优选的，S3中，对故障区域几何特征被还原的部件进行网格加密，对其它部分的实体模型的网格制作数量降低30-50％。

一种应用于轴流式旋转机械转子的快速强度分析系统，包括：

实体模型建立模块，用于建立转子实体模型；

扇形计算域确立模块，用于对转子实体模型进行强度分析，其中转子的轮盘具有数量为n的要保留的几何特征，保留其中一个并以之为中心对转子实体模型沿周向截取360°/n范围的扇形计算域，对计算域的两个周向侧面设置周期性边界条件；

强度分析模块，用于对扇形计算域建立有限元模型，施加与实际工况对应的载荷，获取变形和应力场结果，进而得到强度分析结果。