本文關(guān)鍵詞：基于流固耦合的風(fēng)扇葉片結(jié)構(gòu)預(yù)變形設(shè)計研究

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【摘要】：渦扇發(fā)動機(jī)風(fēng)扇級的性能對發(fā)動機(jī)的整體性能有著重要的影響,而風(fēng)扇葉型又是影響風(fēng)扇葉片氣動、結(jié)構(gòu)性能的最重要參數(shù)之一。傳統(tǒng)的設(shè)計方法得到的葉片制造葉型在葉片工作過程中由于負(fù)載的作用會產(chǎn)生變形,使得葉片工作時偏離其最佳設(shè)計葉形。因此,考慮結(jié)構(gòu)變形與空氣動力交互作用的預(yù)變形設(shè)計分析方法對風(fēng)扇葉片的設(shè)計研究十分重要。本文以NASA Rotor 67風(fēng)扇葉片為研究對象,以ANSYS、NUMECA、MPCCI、UG軟件為分析平臺,展開葉片預(yù)變形設(shè)計研究。研究過程涉及葉片的氣動性能分析、流固耦合分析、有限元分析、葉片預(yù)變形設(shè)計。具體研究內(nèi)容如下:(1)由于UG軟件強(qiáng)大的幾何建模功能,本文充分利用UG CAD建模模塊功能,采用自底向上的建模方式,完成了Rotor67風(fēng)扇葉片工作葉型(原始熱態(tài)葉型)的創(chuàng)建。創(chuàng)建的葉片模型將用于后續(xù)的氣動分析、流固耦合分析及葉片的總變形分析。(2)基于流固耦合理論,綜合運用ANSYS、NUMECA、MPCCI軟件,完成了葉片的氣動性能分析;在UG環(huán)境下,綜合考慮離心力和氣動力作用,完成了葉片的變形分析,得出葉片在工作過程中的總變形量。(3)使用C/C++語言編程,創(chuàng)建UG可識別的預(yù)變形前后葉片幾何模型數(shù)據(jù)文件,將變形量反疊加到原始熱態(tài)葉型上,得到預(yù)變形模型。(4)在預(yù)變形設(shè)計中,首先對預(yù)變形模型進(jìn)行變形分析,得到預(yù)變形葉片疊加位移后的模型——預(yù)熱態(tài)葉型;然后用預(yù)熱態(tài)葉型與原始熱態(tài)葉型的葉型差修正預(yù)變形模型,經(jīng)過多次迭代計算,得到預(yù)熱態(tài)葉型與原始熱態(tài)葉型的最大葉型差為0.018178mm時的預(yù)變形模型;最后以校驗預(yù)熱態(tài)葉型氣動性能的方式分析預(yù)變形模型設(shè)計的合理性。氣動分析結(jié)果表明:預(yù)熱態(tài)葉型較原始熱態(tài)葉型的設(shè)計點流量偏差為1.74%,壓比偏差為0.674%,效率偏差為1.229%,二者各項氣動性能參數(shù)較為吻合,說明本文所設(shè)計的預(yù)熱態(tài)葉型可以滿足性能要求。通過對NASA Rotor 67風(fēng)扇葉片的預(yù)變形設(shè)計,探索了一種葉片預(yù)變形設(shè)計的方法,同時初步得出了可以滿足性能要求的預(yù)熱態(tài)葉型與原始熱態(tài)葉型的最大葉型差為0.018178mm,對后續(xù)的葉片預(yù)變形設(shè)計具有一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)變形設(shè)計 氣動分析 風(fēng)扇葉片 流固耦合
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V235.13
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 引言10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 葉片預(yù)變形設(shè)計研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 葉片流固耦合分析方法研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 研究方法及內(nèi)容14-16
• 1.3.1 研究方法及技術(shù)路線14-15
• 1.3.2 主要研究內(nèi)容15-16
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)安排16-18
• 第2章 研究對象選擇與建模18-32
• 2.1 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)工作原理18-19
• 2.2 葉片模型及受力情況19-21
• 2.2.1 葉片模型概況19-21
• 2.2.2 葉片受力情況21
• 2.3 葉片幾何模型21-25
• 2.3.1 UG軟件22
• 2.3.2 葉片建模22-25
• 2.4 葉片模型檢驗25-26
• 2.4.1 檢驗思路25
• 2.4.2 有限元法及有限元分析軟件ANSYS25-26
• 2.5 基于ANSYS的葉片離心靜變形分析26-31
• 2.5.1 葉片有限元模型26-30
• 2.5.2 變形結(jié)果檢驗30-31
• 2.6 本章小結(jié)31-32
• 第3章 葉片流固耦合分析32-56
• 3.1 流體力學(xué)基本思想及NUMECA軟件介紹32-34
• 3.2 基于NUMECA的葉片氣動性能分析34-49
• 3.2.1 合理網(wǎng)格劃分34-41
• 3.2.2 流動方程及湍流模型41-42
• 3.2.3 邊界條件42-43
• 3.2.4 數(shù)值方法43-44
• 3.2.5 計算結(jié)果檢驗44-49
• 3.3 流固耦合基本思想及MPCCI軟件49-52
• 3.3.1 流體控制方程50
• 3.3.2 固體控制方程50-51
• 3.3.3 流固耦合方程51-52
• 3.3.4 流固耦合分析軟件MPCCI52
• 3.4 基于MPCCI的流固耦合分析52-55
• 3.4.1 耦合模型52-54
• 3.4.2 耦合參數(shù)54-55
• 3.4.3 結(jié)果分析55
• 3.5 本章小結(jié)55-56
• 第4章 葉片預(yù)變形設(shè)計56-74
• 4.1 基于UG的葉片總變形量分析56-61
• 4.1.1 UG高級有限元仿真分析56-57
• 4.1.2 葉片有限元模型57-61
• 4.1.3 結(jié)果分析61
• 4.2 創(chuàng)建預(yù)變形葉型（冷態(tài)葉型）61-65
• 4.2.1 獲取原始熱態(tài)葉片有限元模型網(wǎng)格節(jié)點數(shù)據(jù)61-62
• 4.2.2 讀取仿真結(jié)果文件中的總變形量數(shù)據(jù)62-63
• 4.2.3 生成預(yù)變形葉片（冷葉型）63-65
• 4.3 迭代與收斂分析65-73
• 4.4 本章小結(jié)73-74
• 第5章 總結(jié)與后續(xù)工作展望74-76
• 5.1 總結(jié)74-75
• 5.2 后續(xù)工作展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 致謝80-82
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果82

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本文編號：661088