ANSYS渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化仿真系統(tǒng)開發(fā)

2013-07-28  by:CAE軟件研究中心Ansys組  來源:仿真在線

ANSYS渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)化仿真系統(tǒng)開發(fā)

     航空渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)是一種輸出軸功率的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)。渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)包含從純軸流式、單級(jí)離心、雙級(jí)離心到軸流與離心混裝一起的組合式壓氣機(jī)等形式。航空渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的復(fù)雜系統(tǒng),每一次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的調(diào)整和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析都是一個(gè)新的過程,其中的重復(fù)勞動(dòng)量將是非常巨大的。

 

將參數(shù)化的設(shè)計(jì)分析方法引入到渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)組合壓氣機(jī)設(shè)計(jì)過程中,使得設(shè)計(jì)分析工作集中在各類零件結(jié)構(gòu)形式的選擇和具體參數(shù)的調(diào)整,以及對(duì)每種設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析。由此減少工作人員的工作量,縮短壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)周期。

ANSYS是目前少數(shù)幾種支持參數(shù)化設(shè)計(jì)的有限元分析軟件之一,提供了三種二次開發(fā)工具:

 通過應(yīng)用參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語言(APDL)編制分析程序,實(shí)現(xiàn)有限元分析過程的全參數(shù)化驅(qū)動(dòng);

 通過應(yīng)用用戶界面設(shè)計(jì)語言(UIDL)編寫或改造ANSYS圖形界面,使其更符合行業(yè)分析特點(diǎn);

 通過應(yīng)用用戶程序特性(UPFs)從開發(fā)程序源代碼的級(jí)別上擴(kuò)充ANSYS的功能。

 如何實(shí)現(xiàn)全參數(shù)驅(qū)動(dòng)的有限元分析方法

核心內(nèi)容:對(duì)有限元分析的前、后處理進(jìn)行參數(shù)化,包括幾何模型、有限元網(wǎng)格劃分、約束邊界條件、載荷、材料性能、單元類型、分析類型和后處理類型的參數(shù)化。

 如何開發(fā)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)組合壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)化有限元分析分析系統(tǒng)

核心內(nèi)容:參數(shù)化模型的定義和可變參數(shù)的有限元分析程序的編制;利用UIDL語言開發(fā)系統(tǒng)操作界面;將各零部件的參數(shù)化有限元程序集成于ANSYS環(huán)境。
 

 參數(shù)化有限元模型的定義方法

首先將渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)組合壓氣機(jī)這種復(fù)雜的非標(biāo)準(zhǔn)件分解為軸流輪盤、軸流葉片、離心輪盤、離心大小葉片等結(jié)構(gòu)。然后按特征結(jié)構(gòu)對(duì)其定義參數(shù)。

例如各種形式的輪盤都具有輪緣、腹板和輪轂三大基本特征,稱之為基盤,其余形狀則為輔助特征包括突緣、鼓筒、軸徑、安裝邊、均布孔或安裝孔、環(huán)槽及篦齒等?；谶@種方法可對(duì)軸流葉盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何簡化并生成參數(shù)化有限元模型。

某軸流葉盤結(jié)構(gòu)簡圖

 

某軸流葉盤結(jié)構(gòu)特征參數(shù)表

 APDL參數(shù)化有限元分析方法

ANSYS參數(shù)化有限元分析程序設(shè)計(jì)方法與步驟:

(1) 利用參數(shù)化設(shè)計(jì)思想, 根據(jù)模型的幾何結(jié)構(gòu)抽象出描述模型的特征參數(shù), 并對(duì)實(shí)際模型在不影響精度的情況下適當(dāng)簡化。同時(shí),設(shè)置單元類型、單元網(wǎng)格精度、材料參數(shù)等有限元分析參數(shù)。

(2) 用APDL語言編制包含實(shí)體建模、分析過程、結(jié)果處理過程的有限元分析程序。

(3) 引入設(shè)計(jì)分析參數(shù), 構(gòu)成可變參數(shù)的有限元分析程序。

(4) 根據(jù)設(shè)計(jì)分析要求,將參數(shù)賦予具體的特征值,進(jìn)行有限元分析。

這樣,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析時(shí)只需重復(fù)(4) 就可不斷獲得新的結(jié)果, 對(duì)于具體使用人員甚至無需了解有限元的具體分析過程與方法, 就可得到有限元分析結(jié)果。另外,根據(jù)設(shè)計(jì)要求可以增加各種分析功能和后處理功能,也可自己開發(fā)新的功能模塊與ANSYS集成,如開發(fā)新的優(yōu)化算法程序等。

參數(shù)化有限元設(shè)計(jì)分析流程

軸流葉盤參數(shù)化有限元分析等效應(yīng)力                  參數(shù)化有限元分析等效應(yīng)力

 渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)組合壓氣機(jī)參數(shù)化仿真的具體應(yīng)用

基于上述方法某型號(hào)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)組合壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的參數(shù)化仿真得以順利實(shí)現(xiàn),其結(jié)構(gòu)主要由三級(jí)軸流式,一級(jí)離心式葉盤組成。在對(duì)其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)分析時(shí),先將復(fù)雜零部件按特征分解;然后引入模塊拼合關(guān)系作為約束,建立零部件參數(shù)間函數(shù)關(guān)系后并通過參數(shù)化的有限元分析程序進(jìn)行驗(yàn)證,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子這樣一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的參數(shù)化仿真系統(tǒng)開發(fā)。
 

UIDL開發(fā)的系統(tǒng)界面

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