航空发动机关键部件形状优化研究
发布时间：2017-10-10 05:03
本文关键词：航空发动机关键部件形状优化研究
更多相关文章： 航空发动机部件减重优化 二维简化模型研究 二维与三维混合模型 多级轮盘优化 空心风扇叶片优化
【摘要】：航空发动机作为航空飞行器的“心脏”,直接影响着飞行器的性能,在国家安全和国民经济领域具有重要作用。发动机性能指标中最重要参数之一就是推重比。对典型部件进行轻量化设计不仅可以提高发动机的推重比,还可以带来直接的经济效益,因此减重优化设计一直是航空学者们的研究重点。随着计算机技术的发展,将CAD/CAE技术结合优化技术进行结构优化设计,己成为航空发动机设计阶段的一个重要环节。轮盘和空心风扇叶片作为航空发动机关键部件,也是发动机的主要承重部件。因此本文以轮盘和空心风扇叶片研究对象,结合UG建模软件和ANSYS有限元分析软件,利用基于近似模型的全局优化方法在Matlab环境中实现了部件的减重优化设计。本文具体的研究工作主要包括三个部分：(1)螺栓孔二维简化模型的精度研究。多级轮盘三维有限元分析工作量巨大,因此常用二维轴对称模型进行替代分析。由于螺栓孔为非轴对称结构,若用平面应力单元模拟,需要考核二维计算的精度。另外,本文针对带孔轮盘提出一种二维／三维混合模型的分析方法,并通过算例证明了该方法对孔边应力和位移的计算具有较高的精度,为带孔模型的精确高效计算提供了一种有效的方法。(2)多级轮盘的优化设计。首先对多级轮盘二维轴对称模型进行参数化建模和多物理场耦合计算。在原始设计的基础上,以多个应力水平作为约束指标,针对不同的优化目标进行了两种方案的优化设计。两种方案利用CORS-RBF优化方法均获得了满足约束要求的设计方案。(3)空心风扇叶片的优化设计。本文研究了空心风扇叶片加强筋的设计方法,提出一种基于相对曲线坐标的叶片加强筋参数化造型方法,能够避免几何干涉问题。空心风扇叶片问题以减重为优化目标,综合考虑应力、位移和频率约束,利用CORS-RBF优化方法得到了满足约束的优化方案。优化后的空心风扇叶片减重近20%,取得了很好的效果。
【关键词】：航空发动机部件减重优化 二维简化模型研究 二维与三维混合模型 多级轮盘优化 空心风扇叶片优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V232
【目录】：
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-15
- 1.1 论文研究背景及意义9-10
- 1.2 国内外研究现状10-12
- 1.2.1 轮盘优化设计10-11
- 1.2.2 空心风扇叶片优化设计11-12
- 1.3 研究问题的提出12-13
- 1.4 本文主要研究内容13-15
- 2 航空发动机关键部件优化实现15-22
- 2.1 优化问题介绍15
- 2.2 优化方法介绍15-18
- 2.2.1 试验设计16
- 2.2.2 近似模型16-17
- 2.2.3 基于近似模型的全局优化17-18
- 2.3 优化流程搭建18-20
- 2.3.1 参数化建模19
- 2.3.2 有限元分析19-20
- 2.3.3 优化过程迭代20
- 2.4 本章小结20-22
- 3 螺栓孔几何简化模型精度研究22-43
- 3.1 带孔轮盘二维简化模型精度研究22-32
- 3.1.1 几何计算模型22-24
- 3.1.2 结果分析24-32
- 3.2 带孔轮盘混合模型精度研究32-42
- 3.2.1 二维/三维混合建模方法33-34
- 3.2.2 几何计算模型34-36
- 3.2.3 结果分析36-42
- 3.3 本章小结42-43
- 4 多级轮盘优化43-52
- 4.1 参数化建模43-45
- 4.2 有限元分析45-47
- 4.2.1 外载荷45-46
- 4.2.2 强度性能约束46-47
- 4.2.3 平面应力单元47
- 4.3 优化问题描述47-49
- 4.3.1 方案147-48
- 4.3.2 方案248-49
- 4.4 优化结果49-51
- 4.4.1 方案149-50
- 4.4.2 方案250-51
- 4.5 本章小结51-52
- 5 空心风扇叶片优化52-61
- 5.1 叶片参数化建模52-53
- 5.2 原始叶片有限元分析53-54
- 5.3 优化方案54-60
- 5.3.1 优化问题描述54-56
- 5.3.2 优化结果56-60
- 5.4 本章小结60-61
- 总结与展望61-63
- 参考文献63-67
- 攻读硕士学位期间发表学术论文情况67-68
- 致谢68-69
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨平;环境友好的高效航空发动机[J];全球科技经济w，
本文编号：1004449
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/1004449.html
