多辐板风扇盘拓扑优化方法-研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要风扇盘是航空发动机中关键部件，其结构的优劣将直接影响压气机转子性能。因此，选择合理的结构设计技术对风扇盘进行设计显得尤为重要。为了设计出性能优良的风扇盘结构，就需要采用现代结构优化设计的方法。对于相对复杂的风扇盘结构而言，首先需要开发出一种可行的结构优化设计方法，其次，在考虑各种设计条件的情况下，基于该方法对风扇盘进行结构设计。本文针对上述两点，围绕结构拓扑优化设计方法及风扇盘结构的拓扑优化技术这两个问题展开了如下几方面的研究工作：（1）对双向渐进结构优化方法（BESO）、基于随机抽样敏度

2、分析的双向渐进结构优化方法（RSSA-BESO）进行了研究与分析，并在此基础上重新调整算法结构，提出了基于自适应策略的随机抽样敏度分析的双向渐进结构优化方法（A-RSSA-BESO），该方法不仅克服了BESO方法中存在“震荡”的问题和RSSA-BESO方法中参数依赖的问题，同时又具有RSSA-BESO方法高效的特点；（2）对自适应策略中的特征参数进行了深入研究，并确定了相关参数的取值，通过算例验证了A-RSSA-BESO方法的正确性，及自适应策略的合理性与通用性；（3）将周期性约束引入到A-RSSA-BESO方法中，使得

3、该方法可以不仅适用于非周期结构也适用于宏观周期结构，并通过算例对比验证了加入周期约束的A-RSSA-BESO方法的正确性。（4）以A-RSSA-BESO方法为基础，对航空发动机多辐板风扇盘进行了拓扑优化分析，并得到了两种三辐板、四辐板形式的新型风扇盘结构，相对于单辐板参考风扇盘重量分别下降了17.1%、19.42%。关键词：A-RSSA-BESO，自适应策略，周期性约束条件，拓扑优化，多辐板风扇盘I多辐板风扇盘拓扑优化方法研究ABSTRACTFandiskisthekeycomponentinaero-engine.Th

4、eadvantageofstructuredirectlyaffectstheperformanceofthecompressorrotor.Hence,itisofimportancetoapplyanappropriatestructuraldesignmethodtodesignafandisk.Inordertofigureoutahigh-performancefandisk,modernstructuraloptimizationapproachwillberequired.Intermsoftherelat

5、ivecomplexconstruction,firstly,exploringanapproachwhichcanbesatisfiedwithcomplexstructuraldesign.Next,withconsideringavarietyofdesigncriteria,areasonablestructureoffandiskcanbeachievedbasedonusingthestructuraloptimizationmethod.Takingthetwoviewpointsmentionedabov

6、eintoaccount,thethesisfocusesontopologyoptimizationoffandiskandthefollowingaspects:1.ResearchontheideaofBESOandRSSA-BESOmethods,andthearithmeticstructurewasredesigned,anewtopologyoptimizationmethodbasedonself-adaptionandrandomsamplingstrategy(A-RSSA-BESO)waspropo

7、sed,whichnotonlyovercomestheproneoscillationproblemsoftheBESOmethodandvariable-dependencyissuesoftheRSSA-BESOmethod,butalsoinheritstheadvantagesofhigheffectfromtheRSSA-BESOmethod.2.Researchdeeplythecharacteristicparametersofself-adaptionstrategy,andrelativeparame

8、terswereconfirmed.Accordingtotheexampleanalysis,thevalidityofA-RSSA-BESOmethodwasprovedaswellasthereasonableandgeneralityoftheself-adaptionstrategy.3.Introduce