[發(fā)明專利]一種發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法

有效

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• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN105718621B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發(fā)明（設計）人: 王鳳;李洪軍;史志勇;劉洪波;李盈建
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空工業(yè)集團公司沈陽發(fā)動機設計研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 21001 沈陽晨創(chuàng)科技專利代理有限責任公司
• 代理人: 任玉龍

一種發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法，按照支架在發(fā)動機上的擺放位置及要求實現(xiàn)的支撐功能，接口設計一個支架的三維最大實體輪廓；對初始輪廓進行方案設計階段的拓撲分析，創(chuàng)建約束，施加載荷，設置優(yōu)化約束參數(shù)為最大許用應力；按照拓撲優(yōu)化結(jié)果對支架設計初始輪廓進行材料去除，保留傳力路徑上的材料布局，形成技術(shù)設計階段的支架外形；取支架外形尺寸和厚度參數(shù)進行多目標優(yōu)化，設置應力為優(yōu)化目標，質(zhì)量最小為約束條件；滿足強度要求且強度儲備系數(shù)不過大時，完成設計，輸出工程圖樣。本發(fā)明的優(yōu)點：直接用于設計航空發(fā)動機外部支架，提高設計的合理性，保證支架滿足航空發(fā)動機長壽命和高可靠性需要的前提下重量輕，選材合理。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及涉及航空發(fā)動機外部支架設計領域，特別涉及了一種發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法。

背景技術(shù)

從航空發(fā)動機空中停車的故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，50％故障是由于外部管路、導線、支架失效引起的，高居結(jié)構(gòu)故障之首，可見外部系統(tǒng)安全可靠至關重要。

發(fā)動機外部附件和管路都需要支撐支架來定位和約束，支架的結(jié)構(gòu)強度對于支撐功能的實現(xiàn)來說至關重要。尤其對一些高溫區(qū)支架，惡劣的環(huán)境給支架選材的設計提出了更高地要求。同時發(fā)動機外部支架還要承受來自發(fā)動機的振動，極易產(chǎn)生疲勞破壞。如果支架自身有很大的應力集中或者強度儲備系數(shù)過低，會影響到支架的工作可靠性和壽命。

目前，航空發(fā)動機外部支架傳統(tǒng)設計方法，主要以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能為主，在結(jié)構(gòu)形式上參照國外成熟的支架結(jié)構(gòu)形式，缺乏對發(fā)動機外部支架強度的校核。零件結(jié)構(gòu)強度往往是設計者根據(jù)經(jīng)驗作出必要的判斷。這導致設計的支架很容易出現(xiàn)兩方面問題：

1、支架強度儲備系數(shù)不夠。影響了支架的壽命，無法滿足發(fā)動機的使用要求，甚至影響發(fā)動機的安全；

2、支架強度儲備系數(shù)過高。設計的支架過重，增加發(fā)動機重量，影響發(fā)動機推重比指標。

目前，對于航空發(fā)動機外部支架設計的系統(tǒng)優(yōu)化設計方法在國內(nèi)尚未提出過；而國外的飛機/發(fā)動機公司由于技術(shù)保密等原因，也沒有這方面公開發(fā)表的資料和專利。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供航空發(fā)動機外部支架靜強度校核準則和疲勞強度校核準則，采用拓撲優(yōu)化方法對支架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計，綜合考慮溫度和振動等環(huán)境因素對支架材料性能的影響，設計出基于拓撲優(yōu)化方法的發(fā)動機支架優(yōu)化設計流程，特提供了一種發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法。

本發(fā)明提供了一種發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法，其特征在于：所述的發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法，包括：支架強度校核準則；

靜強度評估準則為：

屈服安全系數(shù)：

極限安全系數(shù)：

疲勞強度校核準則：

利用航空發(fā)動機高壓轉(zhuǎn)子極限轉(zhuǎn)速計算出發(fā)動機最大工作轉(zhuǎn)速頻率；對支架模態(tài)的固有頻率進行分析，要求支架的第1階固有頻率在發(fā)動機最高工作轉(zhuǎn)速頻率的1.25倍以上，以避免支架工作過程中與航空發(fā)動機產(chǎn)生共振，減少支架產(chǎn)生疲勞破環(huán)的可能性；

所述的發(fā)動機外部支架優(yōu)化設計方法的設計過程：

步驟一、設計輸入：首先，按照支架在發(fā)動機上的擺放位置及要求實現(xiàn)的支撐功能，接口設計一個支架的三維最大實體輪廓，如圖2；

步驟二、方案設計：對初始輪廓進行方案設計階段的拓撲分析，如圖3，創(chuàng)建約束，施加載荷，設置優(yōu)化約束參數(shù)為最大許用應力，設置質(zhì)量減重目標，通過拓撲優(yōu)化，得到力的傳遞路徑，同時可以知道在什么位置削減材料比較合適；