本文關(guān)鍵詞：基于樣條曲線的樅樹形榫接結(jié)構(gòu)高效率優(yōu)化設(shè)計研究

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【摘要】：針對某MW級燃氣輪機渦輪采用的三齒樅樹形榫接結(jié)構(gòu),為避免出現(xiàn)榫齒裂紋、榫頭斷裂等故障,對其形狀進行優(yōu)化設(shè)計,以降低應(yīng)力水平,緩解應(yīng)力集中,延長機組安全運行壽命。本文的主要研究內(nèi)容如下：1.遵循參數(shù)化建模思想,以APDL(ANS YS Parametric Design Language)語言為工具,建立榫接結(jié)構(gòu)二維、三維幾何模型,并同時進行幾何約束；對于合理的幾何模型,完成網(wǎng)格劃分、接觸對設(shè)置及載荷施加；進行有限元分析并提取應(yīng)力結(jié)果。將上述流程編制為宏文件,實現(xiàn)建模、分析及結(jié)果提取的自動化,為后文的優(yōu)化工作奠定基礎(chǔ)。2.分別采用雙圓弧、圓弧-直線-圓弧、單段樣條曲線、雙段樣條曲線及多段樣條曲線對過渡區(qū)域進行改進設(shè)計,以提升優(yōu)化潛力。對于各改進設(shè)計,利用遺傳算法進行優(yōu)化后發(fā)現(xiàn),多段樣條曲線取得了最佳的優(yōu)化效果,最大當量應(yīng)力降低37.32%,各齒應(yīng)力水平差異減小。提取曲率半徑進行分析后發(fā)現(xiàn),相較于圓弧直線設(shè)計,樣條曲線設(shè)計造型靈活,受幾何約束限制小,因而優(yōu)化潛力大；此外,通過擴大過渡區(qū)域范圍,改善傳力路徑,也有助于實現(xiàn)應(yīng)力的平緩過渡。3.利用Kriging模型近似幾何參數(shù)與應(yīng)力間的關(guān)系,以代替有限元分析；采用基于LOLA-Voronoi采樣策略的逐點采樣方法獲取構(gòu)建近似模型所需的樣本點；綜合應(yīng)用參數(shù)化建模、逐點采樣、Kriging模型及遺傳算法等技術(shù),開發(fā)高效率優(yōu)化流程,對基于多段樣條曲線改進設(shè)計的三維樅樹形榫接結(jié)構(gòu)展開優(yōu)化設(shè)計。與基于遺傳算法的直接優(yōu)化方法進行對比后發(fā)現(xiàn),采用該優(yōu)化流程,優(yōu)化效率提升39.10%,榫槽第三齒最大當量應(yīng)力進一步減小,較原始設(shè)計降低42.54%。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK473

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