CN115203851B - 一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，该大尺寸风扇转子叶片具有凸肩，包括：获取大尺寸风扇转子叶片的结构模型参数及材料数据；构建大尺寸风扇转子叶片扭转刚度仿真分析模型，通过在扭转刚度仿真分析模型中施加不同扭矩获取不同的扭转变形角和扭转刚度；确定风扇转子叶片的扭转刚度试验参数；开展大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度试验，测定大尺寸风扇转子叶片的扭转角及应力分布；将仿真分析结果与试验测定结果进行对比；根据试验测定结果修正扭转刚度仿真分析模型，修正内容包括载荷加载位置、力臂取值、凸肩变形取值以及榫头约束方法；结合发动机的工作状态，利用修正后的扭转刚度仿真模型，对风扇转子叶片进行扭转刚度分析。

Description

一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法
技术领域
本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法。
背景技术
叶片凸肩作为一种常用的减振结构，在航空发动机叶片设计中广泛应用。带凸肩的大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度是重要的结构设计参数之一，风扇转子叶片需要有足够的刚度以维持凸肩的挤压力，以增强风扇转子叶片的干摩擦阻尼减振效果，避免因为刚度不足而出现失稳、颤振等灾难性事故。因此，在风扇转子叶片设计过程中，需要通过控制风扇转子叶片的扭转刚度防止发生故障。
然而，由于大尺寸风扇转子叶片尺寸相比于现有叶片来说，其展弦比小、扭转恢复明显，现有的分析方法无法满足大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度精度设计要求，也未采用试验数据对仿真模型进行修正。因此目前工程上尚无有效可实施的大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度设计方法。
发明内容
本申请的目的是提供了一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请的技术方案是：一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，大尺寸风扇转子叶片具有凸肩，包括：
获取所述大尺寸风扇转子叶片的结构模型参数及材料数据；
根据所述大尺寸风扇转子叶片的结构模型参数及材料数据构建所述大尺寸风扇转子叶片扭转刚度仿真分析模型，通过在所述扭转刚度仿真分析模型中施加不同扭矩获取不同的扭转变形角和扭转刚度，从而形成不同工况下的扭矩-扭转刚度拟合曲线；
根据试验设备能力及测量误差确定风扇转子叶片的扭转刚度试验参数；
开展所述大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度试验，测定所述大尺寸风扇转子叶片的扭转角及应力分布；
将所述大尺寸风扇转子叶片的仿真分析结果与试验测定结果进行对比；
根据试验测定结果修正所述大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度仿真分析模型，修正内容包括载荷加载位置、力臂取值、凸肩变形取值以及榫头约束方法；
结合发动机的工作状态，利用修正后的扭转刚度仿真模型，对风扇转子叶片进行扭转刚度分析，获取不同工作状态叶片的扭转刚度，评价凸肩设计的可行性。
进一步的，开展所述大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度试验时，记录施加的扭矩并测量所述大尺寸风扇转子叶片的扭转角度，扭矩施加于凸肩工作面。
进一步的，在施加扭矩时扭矩具有约束上限，以防止试验过程中扭矩过大损坏所述大尺寸风扇转子叶片。
进一步的，对比的所述大尺寸风扇转子叶片的仿真分析结果与试验测定结果包括扭转刚度、应力最大点位置、应力分布规律。
进一步的，所述载荷加载位置修正为：
在凸肩工作面施加集中力，且该集中力作用于凸肩坐标原点积叠轴处。
进一步的，所述力臂取值修正为：
根据测量的凸肩两个工作面集中力作用点处的距离，并利用啮合角进行折算得到扭矩力臂。
进一步的，所述凸肩变形取值修正为：
在进行扭转角度计算时，凸肩变形取值在凸肩工作面处选取，盆、背侧位置在凸肩坐标原点对称位置。
进一步的，所述榫头约束方法修正为：
榫头约束条件与试验状态相同，采取固支夹持。
本申请提供的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度设计方法可用于指导大尺寸带凸肩的风扇转子叶片扭转刚度设计，该方法基于试验结果修正扭转刚度仿真模型，从而可以提升扭转刚度仿真分析精度，提高风扇叶片设计水平，为大涵道比航空发动机研制提供坚实基础。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度设计方法流程图。
图2为本申请中的扭转方向示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了满足带凸肩的大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度设计，更好的支撑发动机设计，本申请中提出了一种工程上适用的带凸肩大尺寸风扇转子叶片扭转刚度设计方法。
如图1所示，本申请提供的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度设计方法包括以下步骤：
S1、数据输入；
获取大尺寸风扇转子叶片(以下或简称风扇转子叶片)的结构模型参数或数据及材料数据。
S2、装配状态扭转刚度分析；
构建风扇转子叶片的扭转刚度仿真分析模型，通过有限元分析法进行装配状态下的风扇转子叶片扭转刚度分析，通过施加不同扭矩获取不同的扭转变形角和扭转刚度，从而形成不同工况下的扭矩-扭转刚度拟合曲线。
S3、确定风扇转子叶片的扭转刚度试验参数；
扭转刚度的测试需要施加扭矩并测量扭转角度，试验时以控制扭转角度为主，给定扭转角度时，需确保扭转方向要使凸肩工作面受压，如图2所示。
考虑到扭转刚度及测试扭转角度均存在一定的误差，试验扭转角度需综合考虑试验设备能力及测量误差给出。为防止试验过程中扭矩过大损坏叶片，还需明确扭矩约束上限。
S4、扭转刚度试验；
风扇转子叶片扭转刚度试验在室温条件下进行，试验时通过夹紧风扇转子叶片的榫头，在风扇转子叶片的凸肩工作面施加扭矩，从而测定风扇转子叶片的扭转角及应力分布。
S5、理论计算与试验结果对比分析；
将风扇转子叶片的理论计算结果或仿真计算结果与试验结果进行对比，对比内容包括扭转刚度、应力最大点位置、应力分布规律等，得到两者之间的差异。
在本申请中，可在试验的基础上通过记录不同扭转角度及应力部分值等数据得到风扇转子叶片实测的扭转刚度分散度，以了解风扇转子叶片的工艺分散性。
S6、根据试验测试结果修正风扇转子叶片的扭转刚度仿真分析模型；
扭转刚度试验为凸肩设计的重要参数之一，修正扭转刚度仿真分析模型根据仿真分析与试验测量的误差对凸肩接触应力的影响程度确定。
采用试验结果修正时，参考因素包括载荷的加载位置、力臂的取值、凸肩变形的取值以及榫头的约束方法等，具体包括：
1)在凸肩工作面尽量施加集中力，该集中力作用于凸肩坐标原点O’积叠轴处；
2)测量凸肩两个工作面集中力作用点处的距离，并利用啮合角进行折算得到扭矩力臂；
3)在进行扭转角度计算时，凸肩变形取值在凸肩工作面处选取，盆、背侧位置尽量在凸肩坐标原点O’对称位置；
4)扭转刚度为叶片的固有特性，不受发动机状态离心负荷影响，为保证计算精度，榫头约束条件与试验状态相同，通常情况下榫头采取固支夹持。
S7、采用修正后的模型，进行工作状态下的风扇转子叶片扭转刚度分析。
风扇转子叶片的扭转刚度选取影响凸肩工作面接触应力及紧度，从而影响凸肩的减振效果，因此，需结合发动机的工作状态，利用修正后的扭转刚度仿真模型，对风扇转子叶片进行扭转刚度分析，获取不同工作状态叶片的扭转刚度，评价凸肩设计的可行性。
本申请提供的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度设计方法可用于指导大尺寸带凸肩的风扇转子叶片扭转刚度设计，该方法基于试验结果修正扭转刚度仿真模型，从而可以提升扭转刚度仿真分析精度，提高风扇叶片设计水平，为大涵道比航空发动机研制提供坚实基础。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，大尺寸风扇转子叶片具有凸肩，其特征在于，包括：
获取所述大尺寸风扇转子叶片的结构模型参数及材料数据；
根据所述大尺寸风扇转子叶片的结构模型参数及材料数据构建所述大尺寸风扇转子叶片扭转刚度仿真分析模型，通过在所述扭转刚度仿真分析模型中施加不同扭矩获取不同的扭转变形角和扭转刚度，从而形成不同工况下的扭矩-扭转刚度拟合曲线；
根据试验设备能力及测量误差确定风扇转子叶片的扭转刚度试验参数；
开展所述大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度试验，测定所述大尺寸风扇转子叶片的扭转角及应力分布；
将所述大尺寸风扇转子叶片的仿真分析结果与试验测定结果进行对比；
根据试验测定结果修正所述大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度仿真分析模型，修正内容包括载荷加载位置、力臂取值、凸肩变形取值以及榫头约束方法；
结合发动机的工作状态，利用修正后的扭转刚度仿真模型，对风扇转子叶片进行扭转刚度分析，获取不同工作状态叶片的扭转刚度，评价凸肩设计的可行性。
2.如权利要求1所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，开展所述大尺寸风扇转子叶片的扭转刚度试验时，记录施加的扭矩并测量所述大尺寸风扇转子叶片的扭转角度，扭矩施加于凸肩工作面。
3.如权利要求2所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，在施加扭矩时扭矩具有约束上限，以防止试验过程中扭矩过大损坏所述大尺寸风扇转子叶片。
4.如权利要求1所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，对比的所述大尺寸风扇转子叶片的仿真分析结果与试验测定结果包括扭转刚度、应力最大点位置、应力分布规律。
5.如权利要求1所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，所述载荷加载位置修正为：
在凸肩工作面施加集中力，且该集中力作用于凸肩坐标原点积叠轴处。
6.如权利要求1所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，所述力臂取值修正为：
根据测量的凸肩两个工作面集中力作用点处的距离，并利用啮合角进行折算得到扭矩力臂。
7.如权利要求1所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，所述凸肩变形取值修正为：
在进行扭转角度计算时，凸肩变形取值在凸肩工作面处选取，盆、背侧位置在凸肩坐标原点对称位置。
8.如权利要求1所述的大尺寸风扇转子叶片扭转刚度确定方法，其特征在于，所述榫头约束方法修正为：
榫头约束条件与试验状态相同，采取固支夹持。
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