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航空發(fā)動(dòng)機(jī)靜子葉片(括壓氣機(jī)整流葉片和渦輪導(dǎo)向葉片)一般采用多聯(lián)裝的結(jié)構(gòu)方案，將多個(gè)葉片通過(guò)內(nèi)、外環(huán)連接在一起，并固定在機(jī)匣上。這種結(jié)構(gòu)既方便葉片拆裝，又可以提高剛性、減小葉片的變形。但在進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，需要將其作為1個(gè)整體來(lái)考慮，這給分析帶來(lái)了一定的難度。本研究根據(jù)多聯(lián)裝靜子葉片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用影像超單元分析技術(shù)，既考慮了聯(lián)裝葉片整體結(jié)構(gòu)的影響，使計(jì)算結(jié)果更加真實(shí)，又避免了一般整體計(jì)算所面臨的重復(fù)建模、加載與計(jì)算規(guī)模過(guò)大等方面的困難。
對(duì)靜子葉片進(jìn)行強(qiáng)度分析常用的方法是建立1個(gè)葉片有限元分析模型，在兩側(cè)的切割邊界上采用自由或周期性邊界條件，并在葉身的盆背側(cè)施加壓力載荷。但這2種邊界條件都與多聯(lián)裝葉片的實(shí)際情況有較大的區(qū)別：采用自由邊界條件時(shí)，無(wú)法考慮相鄰葉片剛度的影響，計(jì)算的變形與應(yīng)力值偏高，在大多數(shù)情況下計(jì)算的靜子葉片均無(wú)法滿足強(qiáng)度的要求，周期性邊界條件是使葉片上、下緣板兩側(cè)面相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)在各方向上的位移一致，實(shí)際上模擬的是整環(huán)結(jié)構(gòu)的葉片。而多聯(lián)裝靜子葉片(如圖所示)大多數(shù)為3-5個(gè)葉片1組，其葉片上、下緣板自由，同1聯(lián)中不同葉片的變形與應(yīng)力是有差別的。
因此，多聯(lián)裝葉片的實(shí)際變形與應(yīng)力情況應(yīng)該介于自由與周期性邊界的中間，但這2種邊界條件的計(jì)算結(jié)果相差很大，而實(shí)際葉片的變形與應(yīng)力情況與同1聯(lián)中葉片的數(shù)量、形狀以及上、下緣板情況等許多因素相關(guān)，依據(jù)這2種邊界條件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析很難判斷多聯(lián)裝葉片是否滿足強(qiáng)度的要求。為使計(jì)算結(jié)果更加接近實(shí)際清況，可以對(duì)1聯(lián)中所有葉片全部建立有限元模型，進(jìn)行計(jì)算分析。但由于葉片的形狀較復(fù)雜，特別是空心氣冷渦輪導(dǎo)向葉片的，即使對(duì)單個(gè)葉片劃分網(wǎng)格，其節(jié)點(diǎn)數(shù)量就已經(jīng)很多，若考慮全部葉片則計(jì)算規(guī)模更加龐大，對(duì)計(jì)算所用的軟、硬件條件要求較高。另外，葉片所受的載荷(包括氣動(dòng)力與溫度等)也很復(fù)雜，需考慮不同位置葉片間的坐標(biāo)變換與重復(fù)施加問(wèn)題等，大大增加了前期數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備的工作量，使計(jì)算周期延長(zhǎng)。
鑒于所述的情況，提出利用MSC/NASTRAN的影像(Image)超單元分析功能，將1聯(lián)中的每個(gè)葉片都定義為1個(gè)超單元，但只劃分1個(gè)葉片的網(wǎng)格作為主超單元，其余葉片作為影像超單元，只定義外部節(jié)點(diǎn)，不需要?jiǎng)澐志W(wǎng)格，與主超單元使用相同的剛度矩陣，避免了由網(wǎng)格重復(fù)劃分與載荷多次施加造成的對(duì)工作量的增加與系統(tǒng)資源的浪費(fèi)。超單元分析方法主要用于解決在對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，由計(jì)算模型過(guò)于龐大導(dǎo)致的現(xiàn)有計(jì)算機(jī)軟、硬件資源無(wú)法滿足需求的問(wèn)題。
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