涡轮叶片结构几何建模与等几何分析

发布时间：2021-06-25 12:21

　　等几何分析是一种致力于将CAD和CAE纳入统一数学表达框架的新型数值方法,相比于传统的有限元分析方法,等几何分析在一定程度上可以提高结构分析的精度和效率。涡轮叶片结构是复杂的三维结构,存在很多不规则的曲线曲面,沿高度方向具有弯扭特性,因此,考虑这些几何特点来构建涡轮叶片几何模型是对叶片进行强度分析的前提和关键。而且,涡轮叶片工作环境相当恶劣,承受很大的热负载、气动荷载、振动荷载和离心荷载等,研究涡轮叶片在各类荷载下的力学性能势在必行。充分利用等几何分析中NURBS既是几何建模的样条函数又是分析模型基函数的优势,对涡轮叶片结构力学行为进行等几何分析不仅有利于高精度高效率的数值仿真,还是一体化优化设计的基础,具有重要的学术意义与应用价值。基于NURBS单元,针对三维涡轮叶片结构,本文开展了三维涡轮叶片叶身几何建模的研究,并利用MATLAB编程实现叶片结构力学性能等几何分析。主要内容如下:首先,基于三维建模软件,结合内冷涡轮叶片结构的几何特点,阐述了弯扭涡轮叶片叶身结构的建模流程和方法,然后详细介绍其尾缝结构的模型特点与构造方法。为了使后续涡轮叶片结构分析和优化设计更加方便,摒弃之前使用数据... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 涡轮叶片几何建模与等几何分析研究现状
        1.2.1 涡轮叶片几何建模与分析的研究现状
        1.2.2 三维结构力学性能等几何分析研究现状
    1.3 论文主要工作
2 等几何分析基础理论
    2.1 B样条
        2.1.1 节点矢量与B样条基函数
        2.1.2 B样条基函数的导数及B样条曲线曲面
    2.2 非均匀有理B样条
    2.3 基于NURBS的等几何分析
        2.3.1 等参概念与网格细分
        2.3.2 等几何分析流程
        2.3.3 等几何分析与传统有限元的比较
    2.4 本章小结
3 涡轮叶片叶身几何建模
    3.1 引言
    3.2 基于三维建模软件的涡轮叶片叶身几何建模
        3.2.1 涡轮叶片几何模型概述
        3.2.2 建模方法与流程
        3.2.3 涡轮叶片模型
    3.3 尾缝特征结构建模与分析
        3.3.1 尾缝特征结构简介
        3.3.2 尾缝建模难点与流程
    3.4 涡轮叶片参数化模型
        3.4.1 叶片设计参数
        3.4.2 参数化模型
    3.5 本章小结
4 三维涡轮叶片结构应力位移响应的等几何分析
    4.1 引言
    4.2 基于NURBS的涡轮叶片三维实体结构
        4.2.1 构建分析模型
    4.3 基于NURBS的三维实体结构等几何分析列式
        4.3.1 等几何方法
        4.3.2 NURBS实体等几何分析算例
    4.4 数值算例
        4.4.1 涡轮叶片分析模型
        4.4.2 涡轮叶片受集中载荷下的应力与变形
        4.4.3 涡轮叶片受自重载荷和离心载荷
        4.4.4 涡轮叶片受气动载荷
    4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于等几何分析的结构优化设计研究进展[J]. 刘宏亮,祝雪峰,杨迪雄.  固体力学学报. 2018(03)
[2]涡轮冷却叶片参数化造型与网格自动生成[J]. 岳孟赫,刘勇,刘闯,赵璐.  航空发动机. 2017(06)
[3]基于灵敏度分析的三维结构等几何形状优化方法[J]. 陈龙,张高朋.  中国机械工程. 2017(14)
[4]基于Bézier提取的三维等几何分析[J]. 来文江,余天堂,尹硕辉.  计算力学学报. 2016(06)
[5]三维实体结构NURBS等几何分析[J]. 过斌,葛建立,杨国来,吕加.  工程力学. 2015(09)
[6]航空涡轮叶片叶身造型参数化设计[J]. 刘诗汉,马虎.  兵工自动化. 2015(04)
[7]复合弯扭涡轮叶片尾缝的快速建模[J]. 张宝源,席平,杨炯.  北京航空航天大学学报. 2014(01)
[8]面向等几何分析的B样条参数体生成方法[J]. 许华强,徐岗,胡维华,汪国昭.  图学学报. 2013(03)
[9]基于曲率优化的14参数平面叶栅设计方法[J]. 李磊,李立州,敖良波,周啟涛,岳珠峰.  推进技术. 2013(01)
[10]基于贝赛尔曲线和粒子群算法的涡轮叶片型线参数化建模[J]. 彭茂林,杨自春,曹跃云,初珠立.  中国电机工程学报. 2012(32)

硕士论文
[1]等几何分析中的NURBS体造型及算法[D]. 林允朋.电子科技大学 2012



本文编号：3249202