一种涡轮榫接微动疲劳试验件的优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111579396A(43)申请公布日2020.08.25(21)申请号202010352957.8(22)申请日2020.04.29(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市秦淮区御道街29号(72)发明人张宏建崔宝龙崔海涛温卫东(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人韩天宇(51)Int.Cl.G01N3/32(2006.01)G01M13/00(2019.01)G01M15/14(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种涡轮榫接微动疲劳试验件的优化方法(57)摘要本发明公开了一种涡轮榫接微动疲劳试验件的优化方法,涡轮榫接微动疲劳试验件包含涡轮榫头试验件和涡轮榫槽试验件，与夹具固定于疲劳试验机，并搭载高温炉，进行涡轮榫的高温微动疲劳实验。本发明通过多目标尺寸优化技术，以试验段涡轮榫头和涡轮榫槽形状独立尺寸参数为变量，以航空发动机真实涡轮榫接结构接触面平均相对滑移值和接触面最大等效应力为目标，设计出微动疲劳试验件，能精确模拟涡轮榫接实际微动疲劳工况，平均相对滑移值和等效应力误差最小能达到5%以内。CN111579396ACN111579396A权利要求书1/2页1.一种涡轮榫接微动疲劳试验件的优化方法，所述涡轮榫接微动疲劳试验件包含涡轮榫头试验件和涡轮榫槽试验件，所述涡轮榫头试验件包含依次相连的夹持段、连接段和涡轮榫头，所述涡轮榫槽试验件上设有和所述涡轮榫头相匹配的涡轮榫槽，涡轮榫头试验件的夹持段、涡轮榫槽试验件均为等腰梯形且其上均设有用于夹持的圆孔；所述涡轮榫头试验件的连接段呈漏斗状；所述涡轮榫槽底部两侧为圆角；令涡轮榫头试验件的夹持段在上、涡轮榫头在下，涡轮榫槽试验件的涡轮榫槽朝上，则涡轮榫头试验件夹持段下底边的半宽、涡轮榫槽试验件上底边的半宽长度相等，令其为W；令涡轮榫槽下端面与其底部两侧圆角的切点向两侧延伸预设的距离阈值、向下延伸预设的距离阈值为涡轮榫槽的下部区域；其特征在于，所述优化方法包含以下步骤：步骤1），首先对涡轮榫头试验件所在的涡轮叶片和涡轮榫槽试验件所在的盘进行静力分析计算，进行循环对称分析，在接触面建立接触对，设定摩擦系数，施加涡轮榫接触面上平均温度和载荷位移约束条件，根据计算结果分别提取每对接触面平均相对滑移值和最大等效应力参数；步骤2），优化试验件轮廓尺寸：步骤2.1），以W、涡轮榫头试验件夹持段下底边半宽和上底边半宽之差deltaW1、涡轮榫槽试验件上底边的半宽和下底边半宽之差deltaW2、涡轮榫头试验件夹持段的高度T_H1、涡轮榫槽试验件的高度T_H2为优化变量和输入参数，以涡轮榫槽下部区域提取的最大等效应力和最大等效应力点的等效应变值为目标，以试件最大拉应力、最大等效应力、最大剪应力、最大挤压应力为输出参数，以最大拉应力小于许用拉应力、最大等效应力小于许用等效应力、最大剪应力小于许用剪应力、最大挤压应力小于许用挤压应力为约束条件，指定多目标优化算法为自适应多目标遗传算法，并且指定优化变量上下限,进行试验件外形轮廓优化计算；步骤2.2），试验件外形轮廓优化计算完毕之后，从候选点中选取误差最小的设计点进行校核，从而确定微动疲劳实验构件的外形尺寸；步骤3），优化试件工作段涡轮榫头和涡轮榫槽接触面形状：步骤3.1），令涡轮榫槽接触面上端和涡轮榫槽试验件上端面之间竖直连线为壁面K；以涡轮榫头和涡轮榫槽的顶角wedge_angle、涡轮榫头底部倒角即涡轮榫头底部与接触面下端之间连线的夹角chamfer_angle、涡轮榫头的高度H、涡轮榫头顶面高H1、涡轮榫头的倒角高度即涡轮榫头接触面下端未倒角之前与榫头底部的高度H3、涡轮榫头在其T线位置处宽度W1、涡轮榫头接触面和涡轮榫头颈部竖直线之间的过渡圆角R_r1、涡轮榫头接触面下端的过渡圆角R_r2、涡轮榫头底面两端的过渡圆角R_r3、涡轮榫槽试验件上端面和壁面K之间的过渡圆角G_r0、涡轮榫槽接触面和壁面K之间的过渡圆角G_r1、榫头接触底面和榫槽接触底面之间的距离h为优化变量和输入参数，以三维真实几何模型的循环对称分析接触面的最大等效应力和平均相对滑移值为目标，以试件最大拉应力、最大等效应力、最大剪应力、最大挤压应力为输出参数，以最大拉应力小于许用拉应力、最大等效应力小于许用等效应力、最大剪应力小于许用剪应力、最大挤压应力小于许用挤压应力为约束条件，指定优化算法为自适应多目标遗传算法，进行多目标优化计算；步骤3.2），进行结果校核，确定涡轮榫接结构尺寸。2.根据权利要求1所述的涡轮榫接微动疲劳试验件的优化方法，其特征在于，所述预设2CN111579396A权利要求书2/2页的距离阈值的范围为大于等于3mm小于等于4mm。