一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统

本发明涉及航空发动机涡轮叶片设计领域，具体涉及一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统。

背景技术：

1、在涡轮叶片的设计过程中，热应力分析是评估该结构强度的关键步骤，现有技术是基于有限元分析(fma)技术，首先在三维建模软件中生成几何模型，使用网格划分软件将几何模型离散为网格，将网格导入数值模拟求解软件中，在软件中定义好与实际相应的约束和载荷，通过数值模拟计算评估其热应力。但是在数值模拟的过程中，包含导入模型和温度场数据、材料定义、网格设置、施加载荷、施加约束等步骤，人工操作繁琐，且每次修改结构，都要重新执行上述流程，造成了不必要的重复工作，另一方面，这种对人工操作的依赖也限制了无法使用寻优程序对涡轮叶片的设计进行自动寻优。

2、因此，如何实现涡轮叶片的有限元热应力分析自动化，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明为解决现有涡轮叶片设计过程中需要人工操作修改结构，导致存在不必要的重复工作且依赖人工操作导致无法对涡轮叶片设计实现自动寻优等问题，提供一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统。

2、一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统，该系统将涡轮叶片几何模型和温度场数据作为输入，自动执行模型导入和温度场数据导入、材料属性设置、网格设置、载荷施加、执行求解以及结果处理；具体包括输入模块和分析求解模块；

3、所述分析求解模块包括cfd分析系统和静结构分析系统；

4、通过输入模块将涡轮叶片几何模型导入静结构分析系统，将温度场数据导入cfd分析系统；

5、在所述静结构分析系统中的工程数据组件中，设置几何结构的材料属性；在工程数据组件中新建材料，将dd6高温镍基合金的密度、热膨胀系数、弹性属性、塑性属性添加到新建材料中，完成材料属性的设置；

6、将涡轮叶片的几何模型采用非结构网格划分，在静结构分析的设置组件中，定义网格的单元类型、最大尺寸、网格密度等参数，完成网格参数的设置，并执行网格划分；

7、在所述静结构分析的设置组件中，选择涡轮叶片几何模型叶根平面，施加远端位移约束，将各方向自由度设置为0，完成约束的施加；在设置组件载荷导入中导入固体温度场，完成载荷的施加；

8、在静结构分析的设置组件中，插入范式等效应力,范式等效应变,位移的求解结果，进行热应力自动求解。

9、本发明的有益效果：本发明基于workbench、spaceclaim、mechanical软件二次开发功能，实现了涡轮叶片热应力分析自动化，准备好热应力分析的基础文件(几何模型文件、温度场文件)后，在workbench中执行脚本即可自动进行求解并输出热应力结果，整个过程不需要人为操作，并且还可以通过修改代码调整网格尺寸、约束位置、载荷类型等。而现有技术需要人工操作导入模型和温度场数据、材料定义、网格设置、施加载荷、施加约束等步骤，因此应用本发明不仅可以节省热应力分析操作人员的时间，同时还能很好地嵌入寻优算法的程序，实现基于热应力分析的涡轮叶片冷却结构自动优化。

技术特征：

1.一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统，其特征是：该系统将涡轮叶片几何模型和温度场数据作为输入，自动执行模型导入和温度场数据导入、材料属性设置、网格设置、载荷施加、执行求解以及结果处理；具体包括输入模块和分析求解模块；

2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统，其特征在于：

技术总结
一种涡轮叶片有限元热应力分析自动化系统，涉及航空发动机涡轮叶片设计领域，解决现有涡轮叶片设计过程中需要人工操作修改结构，导致存在不必要的重复工作且依赖人工操作导致无法对涡轮叶片设计实现自动寻优等问题，该系统将涡轮叶片几何模型和温度场数据作为输入，自动执行模型导入和温度场数据导入、材料属性设置、网格设置、载荷施加、执行求解以及结果处理。本发明不仅可以节省热应力分析操作人员的时间，同时还能很好地嵌入寻优算法的程序，实现基于热应力分析的涡轮叶片冷却结构自动优化。

技术研发人员：朱剑琴,黄俊杰,陶智,邱璐,童自翔,唐惠东
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15