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Simright在发动机叶轮中的应用

航空航天技术作为经济实力发展的象征,近年来受到国家的大力扶持。航空技术研发的一项关键指标就是发动机的设计,以往我国航空发动机多依赖国外进口,而自主生产的发动机因其缺陷性难以在整个领域内普及。仔细研究可以发现,国产发动机的关键零部件制造精度难以满足设计需求,这给我国航空技术发展带来了巨大阻碍。

自有限元方法问世以来,其计算结果的精准性及低成本性扩展了它在众多领域中的应用,整体叶轮是航空发动机的核心部件之一,其结构复杂,叶片薄且扭曲大,叶片间隔小,经常在高温、高压、高转速的条件下工作。因使用场合环境的特殊性,发动机对整体叶轮加工有一定的要求。

Ansys等有限元软件对叶轮分析主要集中在流体及模态分析层面,以此得出叶轮自振频率及振型。Simright Simulator考虑将叶轮模型简化为静力学问题,对叶轮圆孔中心施加约束,并对叶轮施加面荷载,计算出的结果可为后续动力学分析提供依据。如下图所示叶轮模型,曲面为非可展直纹面,可通过UG等三维软件建模,加工方式为五轴数控机床侧铣。

在Simulator中导入模型后赋予钛合金材料,钛合金强度高,耐蚀性和耐热性好,早在上世纪60年代就发展为航空发动机零部件用材料。此外,对模型施加面荷载模拟叶轮受力转动,施加圆孔中心约束固定叶轮,划分网格后提交求解。

如上图所示位移云图及应力云图,最大位移发生在叶片顶部,最大应力发生在圆孔根部,可知叶轮在工作过程中叶片顶部最容易发生变形,在现场检测过程中应尤其关注。 Simright Simulator作为一款在线仿真软件,其便捷性奠定了它特有的行业价值,追求计算过程的简化更是它设计初衷和应有之义。

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