本发明涉及航空发动机涡轮转子部件的结构优化设计，尤其涉及轮盘幅板异型孔的轮廓形状优化设计，具体来说为一种五参量多圆弧异型孔均衡优化方法。
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：航空发动机转子结构中，盘连接结构的轮盘幅板上的螺栓通孔主要采用圆孔结构，由于轮盘工作在高压、高温环境下，轮盘幅板螺栓孔边的应力集中是导致结构出现灾难性失效的主要原因。航空发动机轮盘强度设计标准中，对轮盘幅板开孔设计有着更为严格的要求。当前对异形孔的优化方法可以给出对异型孔设计具有参考价值的推荐圆弧半径值，能够在一定程度上降低孔边应力，改善孔边应力分布情况。但仍存在如下不足：1.在轮盘幅板异型螺栓孔的设计模型中，应力约束较为单一，未考虑轮盘子午面关键点应力控制。2.以往对孔轮廓的异型度控制一直是针对每个设计参量的单一控制，在设计变量增多时(如五参量异型孔)，优化中得到的最优设计点的鲁棒性还显不足。3.对异型孔轮廓异型度控制仍会得到多个设计点。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对
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中所涉及到的缺陷，提供一种五参量多圆弧异型孔均衡优化方法。本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种五参量多圆弧异型孔均衡优化方法，所述五参量多圆弧异型孔的最大纵向(y向，即半径方向)轮廓为2a，最大横向轮廓为2b；所述五参量多圆弧异型孔包含八段圆弧：半径为r1的顶部主圆弧、半径为r2的左侧主圆弧、半径为r3的底部主圆弧、半径为r2的右侧主圆弧、连接顶部主圆弧和左侧主圆弧的左上过渡圆弧、连接顶部主圆弧和右侧主圆弧的右上过渡圆弧、连接底部主圆弧和左侧主圆弧的左下过渡圆弧、以及连接底部主圆弧和右侧主圆弧的右下过渡圆弧；所述左上过渡圆弧、右上过渡圆弧的半径均为r4，左下过渡圆弧、右下过渡圆弧的半径均为r5；所述八段圆弧光滑相连并关于y轴对称，且相邻圆弧之间相切；令所述五参量多圆弧异型孔对应的基圆螺栓孔的半径为r*，则五参量多圆弧异型孔均衡优化方法的具体步骤如下：步骤1)，计算得到基圆螺栓孔面积，并通过有限元分析得到基圆螺栓孔边的最大主应力值σr、五参量多圆弧异型孔边最大第一主应力σ1max、五参量多圆弧异型孔边6点钟的第一主应力σ06、五参量多圆弧异型孔边12点钟的第一主应力σ012；步骤2)，构建五参量多圆弧异型孔的多目标优化模型：优化目标：尺寸约束：其中：式中，f0为五参量多圆弧异型孔边最大应力下降率目标函数；f06和f012分别为五参量多圆弧异型孔边6点钟应力和12点钟主应力下降率目标函数；f1为五参量多圆弧异型孔轮廓变化控制目标函数；r1max是顶部、侧面和底部等主圆弧半径的上界，r4min是左上过渡圆弧、右上过渡圆弧半径的下界，r5min是左下过渡圆弧、右下过渡圆弧半径的下界；kσ、kσ06和kσ012分别表示五参量多圆弧异型孔边最大主应力降低率、6点钟应力降低率、12点钟应力降低率；k*σ06和k*σ012为预先设定的五参量多圆弧异型孔边6点钟和12点钟应力降低率目标值；轮廓异型度sc表示基圆螺栓孔的面积；sn表示五参量多圆弧异型孔的轮廓面积；6点钟和12点钟应力降低率优化目标k*σ06和k*σ012可按结构设计需求适度选取；过渡圆弧下界r4min、r5min需大于现有刀具可加工的最小半径，各主圆弧上界r1max可按设计需求自主设定，一般为(8～20)r*。步骤3)，采用pareto方法对五参量异型孔多目标优化模型进行迭代寻优，得到pareto前沿，即非劣解集；步骤4)，在pareto前沿中定位获得主应力下降率kσ大于预先设定的下降率阈值、6点钟应力降低率和优化目标k*σ06之间差值的绝对值小于预设的下降差阈值、12点钟应力降低率和优化目标k*σ012之间差值的绝对值小于预设的下降差阈值、同时轮廓异型度ks小于预设的异型度阈值的若干个待选五参量多圆弧异型孔；步骤5)，对于每个待选五参量多圆弧异型孔，选择其r4、r5中较小的值作为其对比数；将各个待选五参量多圆弧异型孔的对比数进行排序，选择对比数最大的五参量多圆弧异型孔作为最优五参量多圆弧异型孔。本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1.本发明所设计的五参量多圆弧异型孔优化模型中，采用了多个应力优化目标，可有效降低轮盘子午面关键点应力。2.本发明通过孔面积变化率对五参量多圆弧异型孔轮廓进行控制，即便对于参量较多的五参量异型孔结构，优化所得设计点仍可在改善孔边应力分布的同时，保证了较大的接触面积，有利于可靠传力。3.本发明所得最优解在满足其他设计要求的同时，选择其最小圆弧半径最大的设计点，使得加工时可以采用直径更大的加工刀具，如此更加有利于保证加工精度。附图说明图1是本发明中五参量异型孔设计轮廓图。图中，1-主圆弧r1；2-主圆弧r2；3-主圆弧r3；4-过渡圆弧r4；5-过渡圆弧r5；6-基圆螺栓孔r*；7-半轴长a；8-半轴长b。具体实施方式下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。本发明公开了一种五参量多圆弧异型孔均衡优化方法，如图1所示，所述五参量多圆弧异型孔的最大纵向轮廓为2a，最大横向轮廓为2b；所述五参量多圆弧异型孔包含八段圆弧：半径为r1的顶部主圆弧、半径为r2的左侧主圆弧、半径为r3的底部主圆弧、半径为r2的右侧主圆弧、连接顶部主圆弧和左侧主圆弧的左上过渡圆弧、连接顶部主圆弧和右侧主圆弧的右上过渡圆弧、连接底部主圆弧和左侧主圆弧的左下过渡圆弧、以及连接底部主圆弧和右侧主圆弧的右下过渡圆弧；所述左上过渡圆弧、右上过渡圆弧的半径均为r4，左下过渡圆弧、右下过渡圆弧的半径均为r5；所述八段圆弧光滑相连并关于y轴(半径方向)对称，且相邻圆弧之间相切；所述五参量多圆弧异型孔对应的基圆螺栓孔的半径为r*。本发明考虑多个应力指标、孔轮廓指标和过渡半径指标的多目标优化。a)，应力控制目标包括：f0：五参量多圆弧异型孔边的最大主应力；f06：五参量多圆弧异型孔边6点钟位置的最大主应力；f012：五参量多圆弧异型孔边12点钟位置的最大主应力；b)，孔轮廓控制目标：f1：f1＝ks；异型度ks定义为：式中，sc表示基圆螺栓孔的面积；sn表示五参量多圆弧异型孔的轮廓面积。c)，过渡圆弧半径控制目标：max(r4,r5)为提高加工效率和加工精度，并方便检测，优化结果筛选时，选择备选方案中最小半径(过渡半径)较大的五参量多圆弧异型孔。下面具体举例说明：1.计算得到圆形螺栓孔面积sc＝π·(r*)2；有限元分析得到圆形螺栓孔边最大主应力值σr、五参量多圆弧异型孔边最大第一主应力σ1max、五参量多圆弧异型孔边6点钟的第一主应力σ06、五参量多圆弧异型孔边12点钟的第一主应力σ012。2.构建五参量多圆弧异型孔多目标优化模型。优化目标：尺寸约束：其中：式中，f0为五参量多圆弧异型孔边最大应力下降率目标函数；f06和f012分别为五参量多圆弧异型孔边6点钟应力和12点钟主应力下降率目标函数；f1为五参量多圆弧异型孔轮廓变化控制目标函数；r1max是顶部主圆弧、侧面主圆弧和底部主圆弧半径的上界，r4min是左上过渡圆弧、右上过渡圆弧半径的下界，r5min是左下过渡圆弧、右下过渡圆弧半径的下界；kσ、kσ06和kσ012分别表示五参量多圆弧异型孔边最大主应力降低率、6点钟应力降低率、12点钟应力降低率；k*σ06和k*σ012为预先设定的五参量多圆弧异型孔边6点钟和12点钟应力降低率目标值；轮廓异型度sc表示基圆螺栓孔的面积；sn表示五参量多圆弧异型孔的轮廓面积；式中，6点钟和12点钟应力降低率优化目标k*σ06和k*σ012按结构设计需求选为20％；参考现有刀具可加工的最小半径，过渡圆弧下界r4min＝r5min＝2mm；设定各主圆弧上界r1max＝45mm。3.设定种群规模p，进化代数t；按非劣占优原则，采用pareto方法对五参量异型孔多目标优化模型进行迭代寻优，优化得到pareto前沿(非劣解集)。4.在pareto前沿中定位获得主应力下降率kσ大于预先设定的下降率阈值、6点钟应力降低率和优化目标k*σ06之间差值的绝对值小于预设的下降差阈值、12点钟应力降低率和优化目标k*σ012之间差值的绝对值小于预设的下降差阈值、同时轮廓异型度ks小于预设的异型度阈值的若干个待选五参量多圆弧异型孔，如表1所示。表1孔边应力降低率在目标值附近的五参量多圆弧异型孔异型孔r1/mmr2/mmr3/mmr4/mmr5/mmkσ/％kσ06/％kσ12/％ks/％136.5233.236.724.484.6913.6620.9922.307.13236.5333.066.384.454.6714.1020.3820.807.13330.619.519.154.254.6210.0620.5722.928.38416.8832.3441.244.634.179.1323.4120.549.46527.097.4914.354.423.748.1823.1521.559.615.对于每个待选五参量多圆弧异型孔，选择其r4、r5中较小的值作为其对比数；将各个待选五参量多圆弧异型孔的对比数进行排序，选择对比数最大的五参量多圆弧异型孔1作为最优五参量多圆弧异型孔。本发明提出了一种满足多个应力约束的多圆弧异型孔轮廓优化设计方法，使得轮盘幅板异型孔圆弧半径设计结果可以满足更加苛刻的应力约束要求；此外，在控制异型孔轮廓异型度的基础上，给出了异型孔轮廓尺寸中最小圆弧半径尺寸的选择原则。据此建立了轮盘幅板异型孔尺寸优化模型。此模型不仅能更加方便的实现异型孔均衡设计，并可给出更加安全的异型孔设计方案，同时还有利于提高异型孔的加工精度。本
技术领域：
技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12