本文關鍵詞：航空發(fā)動機關鍵部件形狀優(yōu)化研究

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【摘要】：航空發(fā)動機作為航空飛行器的“心臟”,直接影響著飛行器的性能,在國家安全和國民經濟領域具有重要作用。發(fā)動機性能指標中最重要參數之一就是推重比。對典型部件進行輕量化設計不僅可以提高發(fā)動機的推重比,還可以帶來直接的經濟效益,因此減重優(yōu)化設計一直是航空學者們的研究重點。隨著計算機技術的發(fā)展,將CAD/CAE技術結合優(yōu)化技術進行結構優(yōu)化設計,己成為航空發(fā)動機設計階段的一個重要環(huán)節(jié)。輪盤和空心風扇葉片作為航空發(fā)動機關鍵部件,也是發(fā)動機的主要承重部件。因此本文以輪盤和空心風扇葉片研究對象,結合UG建模軟件和ANSYS有限元分析軟件,利用基于近似模型的全局優(yōu)化方法在Matlab環(huán)境中實現了部件的減重優(yōu)化設計。本文具體的研究工作主要包括三個部分：(1)螺栓孔二維簡化模型的精度研究。多級輪盤三維有限元分析工作量巨大,因此常用二維軸對稱模型進行替代分析。由于螺栓孔為非軸對稱結構,若用平面應力單元模擬,需要考核二維計算的精度。另外,本文針對帶孔輪盤提出一種二維／三維混合模型的分析方法,并通過算例證明了該方法對孔邊應力和位移的計算具有較高的精度,為帶孔模型的精確高效計算提供了一種有效的方法。(2)多級輪盤的優(yōu)化設計。首先對多級輪盤二維軸對稱模型進行參數化建模和多物理場耦合計算。在原始設計的基礎上,以多個應力水平作為約束指標,針對不同的優(yōu)化目標進行了兩種方案的優(yōu)化設計。兩種方案利用CORS-RBF優(yōu)化方法均獲得了滿足約束要求的設計方案。(3)空心風扇葉片的優(yōu)化設計。本文研究了空心風扇葉片加強筋的設計方法,提出一種基于相對曲線坐標的葉片加強筋參數化造型方法,能夠避免幾何干涉問題�？招娘L扇葉片問題以減重為優(yōu)化目標,綜合考慮應力、位移和頻率約束,利用CORS-RBF優(yōu)化方法得到了滿足約束的優(yōu)化方案。優(yōu)化后的空心風扇葉片減重近20%,取得了很好的效果。
【關鍵詞】：航空發(fā)動機部件減重優(yōu)化 二維簡化模型研究 二維與三維混合模型 多級輪盤優(yōu)化 空心風扇葉片優(yōu)化
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V232
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 論文研究背景及意義9-10
• 1.2 國內外研究現狀10-12
• 1.2.1 輪盤優(yōu)化設計10-11
• 1.2.2 空心風扇葉片優(yōu)化設計11-12
• 1.3 研究問題的提出12-13
• 1.4 本文主要研究內容13-15
• 2 航空發(fā)動機關鍵部件優(yōu)化實現15-22
• 2.1 優(yōu)化問題介紹15
• 2.2 優(yōu)化方法介紹15-18
• 2.2.1 試驗設計16
• 2.2.2 近似模型16-17
• 2.2.3 基于近似模型的全局優(yōu)化17-18
• 2.3 優(yōu)化流程搭建18-20
• 2.3.1 參數化建模19
• 2.3.2 有限元分析19-20
• 2.3.3 優(yōu)化過程迭代20
• 2.4 本章小結20-22
• 3 螺栓孔幾何簡化模型精度研究22-43
• 3.1 帶孔輪盤二維簡化模型精度研究22-32
• 3.1.1 幾何計算模型22-24
• 3.1.2 結果分析24-32
• 3.2 帶孔輪盤混合模型精度研究32-42
• 3.2.1 二維/三維混合建模方法33-34
• 3.2.2 幾何計算模型34-36
• 3.2.3 結果分析36-42
• 3.3 本章小結42-43
• 4 多級輪盤優(yōu)化43-52
• 4.1 參數化建模43-45
• 4.2 有限元分析45-47
• 4.2.1 外載荷45-46
• 4.2.2 強度性能約束46-47
• 4.2.3 平面應力單元47
• 4.3 優(yōu)化問題描述47-49
• 4.3.1 方案147-48
• 4.3.2 方案248-49
• 4.4 優(yōu)化結果49-51
• 4.4.1 方案149-50
• 4.4.2 方案250-51
• 4.5 本章小結51-52
• 5 空心風扇葉片優(yōu)化52-61
• 5.1 葉片參數化建模52-53
• 5.2 原始葉片有限元分析53-54
• 5.3 優(yōu)化方案54-60
• 5.3.1 優(yōu)化問題描述54-56
• 5.3.2 優(yōu)化結果56-60
• 5.4 本章小結60-61
• 總結與展望61-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況67-68
• 致謝68-69

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1 楊平;環(huán)境友好的高效航空發(fā)動機[J];全球科技經濟w，

本文編號：1004449