基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法

发布时间：2021-02-08 00:12

　　提出一种基于热固振耦合的某附件壳体蠕变-热疲劳寿命预测方法,主要是基于ANSYS-Fluent模块进行流固热耦合,仿真结果得到的附件壳体温度场分布并通过实测数据进行结果验证,再通过温度场数据传递途径结合ANSYS-Workbench模块进行附件壳体热固振耦合仿真得到壳体应力应变场,然后基于线性累计损伤理论耦合附件壳体蠕变持久寿命和热疲劳寿命,最终得到其蠕变-热疲劳寿命预测结果。针对附件壳体,一方面对比分析了单纯热疲劳寿命（41 063个循环寿命）与蠕变-热疲劳（39 054个循环寿命）,通过结果得知航空发动机附件系统高热环境下蠕变作用对附件壳体热疲劳寿命是存在显著影响的;另一方面对比分析了基于稳态温度场的蠕变-热疲劳（23 334个循环寿命）与基于瞬态温度场（考虑温变速率）的蠕变-热疲劳（24 545个循环寿命）,结果表明温变速率在一定程度上影响航空发动机附件系统结构的蠕变-热疲劳寿命。 

【文章来源】：空军工程大学学报(自然科学版). 2019,20(01)北大核心

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【部分图文】：

图１热固振耦合应力仿真分析流程２有限元仿真模型

图１热固振耦合应力仿真分析流程２有限元仿真模型２．１壳体仿真模型鉴于附件系统结构庞大且复杂，为提升网格质量在ＡＮＳＹＳ中对附件系统模型进行了一些简化，见图２。图２模型简化结果２．２有限元网格划分为了获得更精确的网格质量，提高结果精确度，同时保证收敛和合理的计算时间，通过控制网格的尺寸，得到不同的壳体网格，采用高阶的四面体网格，可以得到理想的结果，在网格设置中改变全局网格尺寸，分别设置为４ｍｍ，８ｍｍ，１６ｍｍ和３２ｍｍ。其中，将全局网格尺寸控制在４ｍｍ和３２ｍｍ时划分网格失败。当全局网格尺寸控制在８ｍｍ时，划分的网格见图３。考虑到网格适用性，针对网格划分结果进行对比分析，见表１。图３全局网格尺寸控制在８ｍｍ的网格划分结果表１网格划分相关结果网格尺寸／ｍｍ８１６８＋３２８＋１６单元数３６７８４５６５８８２１８６９３５４７５７９１０节点数２１２００９４４６１９７５８０７４１４９８９４１Ｓｋｅｗｎｅｓｓ最大值１０．９９１１Ｓｋｅｗｎｅｓｓ平均值０．３９３８０．４２３６０．４０２１０．３９０６Ｓｋｅｗｎｅｓｓ＝０．９５单元数４７９０２５３００３３４００１２９００Ｓｋｅｗｎｅｓｓ＝０．９５占比１．３０％３．８４％３．８４％１．７０％根据表格可知，不同网格尺寸得到的单元翘曲度最大值和平均值基本接近，节点数和单元数尺寸为８ｍｍ的最少。这里网格尺寸８ｍｍ所得的单元和节点数比１６ｍｍ少的原因是８ｍｍ时将平滑（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）设置为ｆａ

有限元网格划分为了获得更精确的网格质量，提高结果精确度，同时保证收敛和合理的计算时间，通过控制网格的尺寸，得到不同的壳体网格，采用高阶的四面体网格，可以得到理想的结果，在网格设置中改变全局网格尺寸，分别设置为４ｍｍ，８ｍｍ，１６ｍｍ和３２ｍｍ。其中，将全局网格尺寸控制在４ｍｍ和３２ｍｍ时划分网格失败。当全局网格尺寸控制在８ｍｍ时，划分的网格见图３。考虑到网格适用性，针对网格划分结果进行对比分析，见表１。图３全局网格尺寸控制在８ｍｍ的网格划分结果表１网格划分相关结果网格尺寸／ｍｍ８１６８＋３２８＋１６单元数３６７８４５６５８８２１８６９３５４７５７９１０节点数２１２００９４４６１９７５８０７４１４９８９４１Ｓｋｅｗｎｅｓｓ最大值１０．９９１１Ｓｋｅｗｎｅｓｓ平均值０．３９３８０．４２３６０．４０２１０．３９０６Ｓｋｅｗｎｅｓｓ＝０．９５单元数４７９０２５３００３３４００１２９００Ｓｋｅｗｎｅｓｓ＝０．９５占比１．３０％３．８４％３．８４％１．７０％根据表格可知，不同网格尺寸得到的单元翘曲度最大值和平均值基本接近，节点数和单元数尺寸为８ｍｍ的最少。这里网格尺寸８ｍｍ所得的单元和节点数比１６ｍｍ少的原因是８ｍｍ时将平滑（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）设置为ｆａｓｔ，而１６ｍｍ设置为ｓｌｏｗ，因为８ｍｍ网格尺寸若ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ＝ｆａｓｔ尺寸数太大，在模态计算时显示计算量太大而不能进行。同时，０４空军工程大学学报（自然科学版）２０１９年


本文编号：3023054