航空发动机转子叶片三维静动力分析

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叶片是航空发动机的主要零件之一,结构及承载情况十分复杂,其结构设计质量,直接关系到发动机的性能、耐久性、可靠性。在实际使用中,由于叶片的破坏而造成发动机失效甚至飞机失事的例子时有发生。因此,在发动机叶片的设计中对叶片的静动应力强度分析应十分重视,它是发动机设计的重要依据。本文旨在建立一个航空发动机转子叶片静力分析和振动特性分析的三维有限元分析系统,为进一步研究转子叶片结构可靠性,提供必要的平台和基础。 本文根据航空发动机叶片的结构特点,采用分块剖分的思想,把叶片分成了叶身、缘板和榫头三个子块,建立了一个适应于一般三维结构体的通用有限元网格生成算法,根据设计中实际使用的以流面形式给出的三维空间几何数据、温度场和材料性能参数,编制了压气机叶片的专用前处理程序。为了获得适用于有限元计算的单元网格引入了广义四边形的概念,增强了有限元网格剖分的适应性。 本文给出了压气机叶片三维有限元的后处理方法,采用图形和文件形式输出计算结果。为此编制了与AUTOCAD绘图软件包连接的接口程序,通过AUTOCAD绘图软件包,解决了后处理中的关键技术难点,开发了具有较强图形处理功能的三维有限元后处理程序。 本文采用20节点三维实体单元,建立了叶片的静力和动力有限元计算模型,给出了气流激振力和阻尼在计算模型中的处理方法,编制了压气机叶片静力分析和振动特性分析的有限元程序(Fortran语言,约8000余句),经各种算例考核证明,本文的计算模型和程序是正确的、有效的,具有较高的计算精度。利用开发的软件对影响压气机叶片振动特性的几个因素进行了分析与讨论。本文工作为转子叶片的疲劳损伤及可靠性分析,提供了一个有效的、灵活的研究手段,具有应用价值。
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