单晶涡轮叶片上异型气膜孔的参数化建模及取向优化方法.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CN110096776A(43)申请公布日2019.08.06(21)申请号201910323391.3(22)申请日2019.04.22(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市碑林区友谊西路127号(72)发明人温志勋岳珠峰张旭辉王佳佳赵彦超杨艳秋(74)专利代理机构北京律智知识产权代理有限公司11438代理人阚梓瑄(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称单晶涡轮叶片上异型气膜孔的参数化建模及取向优化方法(57)摘要本公开涉及涡轮叶片技术领域，尤其涉及一种单晶涡轮叶片上异型气膜孔的参数化建模及取向优化方法。该参数化建模方法包括：获取异型气膜孔的几何参数；根据几何参数建立异型气膜孔的标准三维模型。该参数化建模方法能够适用于建立任意形状的异型气膜孔，高效且具有通用性。CN110096776ACN110096776A权利要求书1/2页1.一种单晶涡轮叶片上异型气膜孔的参数化建模方法，其特征在于，所述参数化建模方法包括：获取所述异型气膜孔的几何参数；根据所述几何参数建立所述异型气膜孔的标准三维模型。2.一种取向优化方法，用于对单晶涡轮叶片的晶体取向进行优化，其特征在于，所述取向优化方法包括：建立所述单晶涡轮叶片的初始三维模型；建立异型气膜孔的标准三维模型，所述标准三维模型采用权利要求1中所述的参数化建模方法建立而成；基于所述初始三维模型、所述标准三维模型及所述异型气膜孔和所述单晶涡轮叶片的位置关系，建立具有所述异型气膜孔的单晶涡轮叶片的目标三维模型；将所述目标三维模型导入有限元分析软件中，并对所述目标三维模型进行网格划分；建立所述单晶涡轮叶片的晶体各向异性的本构模型；以所述晶体取向的欧拉角为设计变量建立变量矩阵，并将所述变量矩阵导入所述本构模型；将具有所述变量矩阵的本构模型导入所述有限元分析软件中，以生成所述目标三维模型的有限元模型；定义所述有限元模型的边界条件；基于所述边界条件进行计算，以获取所述异型气膜孔上最大分切应力的位置；利用代理模型获取所述变量矩阵与所述最大分切应力之间的响应关系；将所述变量矩阵带入所述响应关系并进行计算，以得到所述最大分切应力的最小值。3.根据权利要求2所述的取向优化方法，其特征在于，在对所述目标三维模型进行网格划分之后，及在建立所述单晶涡轮叶片的晶体各向异性的本构模型之前，所述取向优化方法还包括：对划分网格后的所述目标三维模型进行温度分析，以获取温度与所述目标三维模型的分切应力之间的对应关系。4.根据权利要求3所述的取向优化方法，其特征在于，对划分网格后的所述目标三维模型进行温度分析，以得到温度与所述目标三维模型的分切应力之间的对应关系，包括：在所述有限元分析软件中对划分网格后的所述目标三维模型进行流场分析，以获取划分网格后的所述目标三维模型的温度场；基于所述温度场，并通过温度插值程序获取结构场下所述目标三维模型的温度分布，以得到温度与所述目标三维模型的分切应力之间的对应关系。5.根据权利要求2所述的取向优化方法，其特征在于，以所述晶体取向的欧拉角为设计变量建立变量矩阵，包括：确定所述欧拉角的三个角参量的取值范围；在三个所述角参量的取值范围内分别选取一角度值；基于三个所述角度值建立所述变量矩阵。6.根据权利要求5所述的取向优化方法，其特征在于，所述三个角参量分别为章动角α、旋进角β和进动角γ。2CN110096776A权利要求书2/2页7.根据权利要求2所述的取向优化方法，其特征在于，定义所述有限元模型的边界条件，包括：对所述有限元模型施加约束；定义所述有限元模型的载荷。8.根据权利要求2所述的取向优化方法，其特征在于，将所述变量矩阵带入所述响应关系并进行计算，以得到所述最大分切应力的最小值，包括：设定所述响应关系的收敛条件；基于所述收敛条件，将所述变量矩阵带入所述响应关系并进行计算，直至计算结果符合所述收敛条件，以得到所述最小值。9.根据权利要求8所述的取向优化方法，其特征在于，所述代理模型中嵌有高保真模型，所述高保真模型用于提高计算过程的精度。10.根据权利要求5所述的取向优化方法，其特征在于，所述有限元分析软件内嵌有提取程序，所述提取程序用于对三个所述角度值和所述最大分切应力的取值进行自动提取。3CN110096776A说明书1/7页单晶涡轮叶片上异型气膜孔的参数化建模及取向优化方法技术领域[0001]本公开涉及涡轮叶片技术领域，尤其涉及一种基单晶涡轮叶片上异型气膜孔的参数化建模及取向优化方法。背景技术[0002]在航空工业中，单晶涡轮叶片的工作温度可达2000℃，因此对单晶涡轮叶片的耐高温性提出了严苛的要求。通常在单晶涡轮叶片的表面上设计具有一