基于节点坐标修正和网格修匀的涡轮叶片冷态几何形状反算分析.pdf

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1、第50卷第l0期机械工程学报VO1．50N0．102014年5月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2014DoI：10．3901／JME．2014．10．143基于节点坐标修正和网格修匀的涡轮叶片冷态几何形状反算分析木孙树立，2汤槟，2张明磊，2(1．北京大学力学与工程科学系北京100871；2．北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871)摘要：涡轮叶片在工作状态下受到高温、高压及离心力的共同作用，其形状尺寸与冷态下有一定的差异。涡轮叶片的冷态尺寸反算，即根据叶片变形后的尺寸形状和载荷条件获得变

2、形前的尺寸形状，是涡轮结构设计中不可或缺的重要组成部分。以有限元热．结构分析为基础，提出一种有效解决叶片冷态几何形状反算的迭代算法，主要通过节点坐标修正方式不断迭代来逼近叶片变形前的几何形状，并采用网格修匀技术保证修正后计算网格的质量。该算法流程实现简单，效率高，结果精确，可适用于发生复杂变形的结构，而且不依赖于所采用的有限元分析软件。应用所提出的算法针对某涡轮叶片结构成功地进行了其冷态几何形状的反算分析，验证了算法流程和其程序实现的实用性和可靠性。关键词：涡轮叶片：冷态；反算分析；节点坐标修正：网格修匀中图分类号：v231；0242B

3、ackCalculationforCold-stateGeometricShapeofTurbineBladeBasedonModificationofNodalCoordinatesandMeshSmoothingSUNShuli，TANGBin，ZHANGMinglei，(1．DepartmentofMechanicsandEngineeringScience，PekingUniversity,Beijing100871；2．StateKeyLaboratoryforTurbulence&ComplexSystems，PekingU

4、niversity,Beijing100871)Abstract：Turbinebladeissubjectedtocombinedactionofhightemperature，highpressureandcentrifugalforceunderworkingstate，anditsgeometricshapeisdiferentfromthecold-stateshape．Asakeycomponentofturbinedesign，backcalculationforcold—stategeometricshapeofturb

5、ineblade，istoobtainundeformedgeometricshapeofturbinebladeaccordingtoitsdeformedshapeandloadconditions．Aniterativealgorithmispresentedbasedonfiniteelementthermalandstructuralanalysistosolvethisproblemefectively．Thealgorithmistoiterativelyapproachtheundeformedgeometricshap

6、ebymodifyingnodalcoordinates，andguaranteethequalityofmodifiedmeshbysmoothingtechnique．Thealgorithmiseasilytoimplementwithhigheficiencyandaccuracy，applicabletostructureswithcomplexdeformationbehavior,andindependenttofiniteelementsoftwaretobeapplied．Backcalculationforcold-

7、stategeometricshapeofaturbinebladeissuccessfullyperformedtoverifythepracticabilityandreliabilityofthepresentedalgorithmanditsimplementation．Keywords：turbineblade；cold—state；backcalculation；modificationofnodalCOOrdinates；meshsmoothing轮技术，往往决定着高性能发动机研制的成败。发0前言动机涡轮设计主要分为气动设

8、计和结构设计。气动设计主要完成涡轮流道设计，所给出的涡轮流道尺航空发动机中的涡轮是受高温、高压燃气包围寸是工作状态下的尺寸，即热态尺寸；而结构设计以高速旋转并承受高负荷的热端部件，对于大推重最终需要给出涡轮