CN106709179A - 一种适用于有限元自由网格的叶片气动力分布数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及数据处理方法，具体涉及一种适用于有限元自由网格的航空发动机叶片气动力分布数据处理方法，在进行航空发动机叶片强度设计时，实现了方便快捷的叶片有限元自由网格气动力数据获取及处理，结果可靠，所用时间少。

Description

一种适用于有限元自由网格的叶片气动力分布数据处理方法
技术领域
本发明涉及数据处理方法，具体涉及一种适用于有限元自由网格的航空发动机叶片气动力分布数据处理方法。
背景技术
叶片是航空发动机的主要功能零件，用于实现整流、增压、膨胀做功等功能，由于气体作用力、离心力及温度载荷的综合作用，叶片的强度、振动及疲劳寿命问题比较突出，其中气动力的表达对强度和疲劳寿命分析结果具有了决定性的影响，因此需要尽可能表述准确。
叶片所受气动力依托流体力学方法，建立流道控制体，根据动量守恒定律及牛顿第三定律推导出数学表达式。
由于叶片结构形式的多样性及复杂性，在进行强度和寿命分析时通常采用有限元的方法。网格的多样性使叶片气动力的有限元表达增加了复杂性。
一般在处理四边形有限元网格的气动力分布计算时，可采用将控制体的气动力按节点总数平均分配到各节点上的方法进行简化处理。
但在工程设计中，叶片的有限元网格形式自由，无法形成规则网格，导致无法采用按节点总数平均分配的简化处理方法加载气动力。
发明内容
本发明的目的是针对叶片气动力平均分配数据处理方法不适用于自由网格的数据处理问题，提供一种适用于有限元自由网格的叶片气动力分布数据处理方法。
为了实现所述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种适用于有限元自由网格的叶片气动力分布数据处理方法，包括以下步骤：
步骤1原始参数载入模块获取气动数据截面半径，获取速度、温度、密度、压力，同时获取叶片表面单元信息、叶片表面节点坐标、进排气边节点坐标，并将获取的单元信息发送至单元类型适应性转化模块、边界曲线拟合模块和单元形函数计算模块、模拟网格模块；
步骤2单元类型适应性转化模块，将步骤1中获取的单元信息转化为以三角形单元为基础的统一信息存储结构和计算标准，并将转化后的信息发送至单元形函数计算模块；
步骤3边界曲线拟合模块，将步骤1中获取的进、排气边节点坐标拟合出边界曲线；
步骤4单元形函数计算模块，根据步骤1中获取的叶片表面节点坐标和步骤2转化后的单元信息，计算自由网格的单元形函数及最小单元长度；
步骤5模拟网格构建，模拟网格模块根据步骤4确定的自由网格最小单元长度，结合步骤3拟合的边界曲线和步骤1获取的气动数据截面半径等参数，构建模拟网格；
步骤6模拟网格气动力计算，模拟网格模块以步骤5构建的模拟网格为基础，由步骤1中获取的气动数据计算出模拟网格的气动力；
步骤7自由网格气动力分配模块将步骤6计算得到的模拟网格气动力，按照步骤4计算到的单元形函数进行分配；
步骤8气动力计算结果格式化输出模块将步骤7完成的自由网格气动力分配数据格式化输出至存储模块和显示模块。
本发明的有益效果：
在进行航空发动机叶片强度设计时，实现了方便快捷的叶片有限元自由网格气动力数据获取及处理，结果可靠，所用时间少。
附图说明
图1是本发明的流程示意图
具体实施方式
一种适用于有限元自由网格的叶片气动力分布数据处理方法，包括原始参数载入模块、单元类型适应性转化模块、边界曲线拟合模块、单元形函数计算模块、模拟网格模块、自由网格气动力分配模块、气动力计算结果格式化输出模块。
所述的原始参数载入模块，其作用在于：将叶片气动力计算所涉及的截面半径、气流环量或周向速度、气流轴向速度、温度、气体密度、静压、转速等S2流场数据自动输入并暂存，同时将叶片表面单元信息、叶片表面节点坐标、进排气边节点坐标等自由网格信息自动输入并形成数据链表暂存。
所述的单元类型适应性转化模块，其作用在于：将自由网格可能涉及的8节点四边形面网格、4节点四边形面网格和6节点三角形面网格统一转化为3节点三角形面网格，形成统一的信息存储结构和计算标准。
所述的边界曲线拟合模块，其作用在于：将叶片进、排气边的节点坐标分别进行多项式曲线拟合，根据节点数量自动判定多项式阶数，最高不超过20阶。
所述的单元形函数计算模块，其作用在于：根据单元数据链表中的节点坐标信息，将自由网格单元中各节点对应的形函数参数分别按照3节点三角形单元或6节点等参数三角形单元计算获取并在数据链表中暂存，计算自由网格的最小单元长度。
所述的模拟网格模块，其作用在于：取自由网格最小单元长度的一半作为模拟网格的单元长度，同时设置防止单元长度过小的限制措施，根据气动截面半径、自由网格几何边界及模拟网格的单元长度确定规则化的模拟网格数量并构建模拟网格；根据动量守恒定律及牛顿第三定律计算得到模拟网格对应各流道控制体的气动力，并通过平均分配的原则将其分配至对应的模拟网格节点上。
所述的自由网格气动力分配模块，其作用在于：搜索模拟网格中的节点坐标所在的自由网格单元，并通过单元的形函数将模拟网格节点力转换到自由网格节点上。
所述的气动力计算结果格式化输出模块，其作用在于：将自由网格节点力按照有限元软件ANSYS的APDL程序格式输出至存储模块和显示模块。

Claims (1)

1.一种适用于有限元自由网格的叶片气动力分布数据处理方法,其特征在于，包括以下步骤：
步骤1原始参数载入模块获取气动数据截面半径，获取速度、温度、密度、压力，同时获取叶片表面单元信息、叶片表面节点坐标、进排气边节点坐标，并将获取的单元信息发送至单元类型适应性转化模块、边界曲线拟合模块和单元形函数计算模块、模拟网格模块；
步骤2单元类型适应性转化模块，将步骤1中获取的单元信息转化为以三角形单元为基础的统一信息存储结构和计算标准，并将转化后的信息发送至单元形函数计算模块；
步骤3边界曲线拟合模块，将步骤1中获取的进、排气边节点坐标拟合出边界曲线；
步骤4单元形函数计算模块，根据步骤1中获取的叶片表面节点坐标和步骤2转化后的单元信息，计算自由网格的单元形函数及最小单元长度；
步骤5模拟网格构建，模拟网格模块根据步骤4确定的自由网格最小单元长度，结合步骤3拟合的边界曲线和步骤1获取的气动数据截面半径等参数，构建模拟网格；
步骤6模拟网格气动力计算，模拟网格模块以步骤5构建的模拟网格为基础，由步骤1中获取的气动数据计算出模拟网格的气动力；
步骤7自由网格气动力分配模块将步骤6计算得到的模拟网格气动力，按照步骤4计算到的单元形函数进行分配；
步骤8气动力计算结果格式化输出模块将步骤7完成的自由网格气动力分配数据格式化输出至存储模块和显示模块。
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