某型燃气轮机枞树形榫接结构多齿形参数优化分析.pdf

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1、第42卷第4期2016年8月航空发动机AeroengineV01．42No．4Aug．2016某型燃气轮机枞树形榫接结构多齿形参数优化分析宗洪明L：，陶海亮-，高庆-，谭春青-(I．中国科学院工程热物理研究所，北京100190；2．中国科学院大学，北京100049)摘要：在某型燃气轮机改型设计中发现，涡轮采用的3齿枞树形榫接结构应力集中严重，为避免榫齿出现裂纹、榫头断裂等故障，并降低峰值应力，延长使用寿命，对其形状进行优化设计。分析发现，相同的齿形参数无法获得满意的优化结果，因此，对每对榫齿采用不同的齿形参数进行2维参数化建模。通过试验设计方法，选取对最大当量应力影响较大的参数作为设

2、计变量并进行优化。在满足约束的条件下，获得优化设计结果。结果表明：优化使最大当量应力降低19．93％，各齿应力分布更加均匀。该设计方法确实能提升榫接结构的优化潜力，对其设计与优化具有一定参考价值。关键词：枞树形榫接结构；接触应力；优化设计；涡轮；燃气轮机中图分类号：V231．91文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．04．013StructuraIAnalysisandOptimizationofGasTurbineFir_TreeAttachmentwithVariousT00thProfileParametersZONGHong—m

3、in91”，TAOHal—han91，GAOQin91，TANChun—qin91(1．InstituteofEngineeringThermophysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100190，China；2．UniversityofChineseAcademyofSciences，Beijing100049，China)Abstract：Intheredesignofagasturbine．stressconcentrationWasseriouslyfoundinthethreeteethfir-treeattachment,which

4、maycauseinitiatecrack．Inordertodecreasestresslevelandprolongservicelife，shapeoptimizationWasapplied．Basedonfeature-basedmodellingmethod，2-DparametricmodelWasestablished．Whenanalyzingtheoriginaldesign，thesRmetoothprofileparametersindesignlackedimprovementpotential．SOeachtoothWasmodelledwitIlvari

5、oustoothprofileparametem．TheOptimizedLatinHypercubemethodwasadoptedtoextractdesignvariablesfromalargenumberofgeometryparametemandtheMulti—IslandGeneticAlgorithmwasusedtoexploreoptimizeddesignunderconstraints．TheresultindicatesthatthemaximumVonMisesstressdecreasesby19．93％andstressdistributionbec

6、omesmoreuniform，varioustoothprofileparametemindesignimprovestheoptimizationpotentialandprovidesakindofreferencetothedesignoffir-treeattachment．Keywords：afir-treeattachment；contactstress；optimizationdesign；turbine；gasturbine0引言在对某型燃气轮机进行改型设计时发现，涡轮采用的3齿枞树形榫接结构所处工况恶劣，齿间圆角半径较小，齿底圆弧应力集中严重。因此，为避免榫齿裂纹

7、、榫头断裂等故障的发生【l】，有必要对其形状进行优化设计，降低应力水平，延长运行周期。对于榫接结构的设计及优化，国内外展开的研究很多。Meguid等[21利用ANSYS软件研究了形状参数及摩擦系数对榫槽应力分布的影响，发现结构参数对应力分布影响极大，而摩擦系数的影响较]

8、x；Song等M以ICAD为建模工具对典型榫接结构进行优化设计，并采用样条曲线对榫齿进行局部造型，取得了较好效果；赵海[61利用UG软件对榫接结构进行参数化建模并分析了主要设计参数对榫接结