[發明專利]一種燃燒室機匣的適航符合性驗證方法

有效

• 申請號: 201810724293.6
• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108897959B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發明（設計）人: 胡殿印;王榮橋;鄭生旭;張龍
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗;鄧治平

1.一種燃燒室機匣的適航符合性驗證方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟(1)：根據航空發動機用材料手冊，確定在工作溫度下的燃燒室機匣所用的GH4169鎳基高溫合金的最低性能的材料參數，所述最低性能的材料參數為彈性模量和屈服強度；依據航空發動機適航條款的要求，確定燃燒室機匣工作壓力的極限值，在燃燒室機匣有限元分析模型上施加載荷邊界條件，所述載荷邊界條件包括氣動軸向力和橫向力、內外氣體壓力差；再根據燃燒室機匣實際工況下受約束情況，確定位移邊界條件；

步驟(2)：根據步驟(1)所確定的載荷邊界條件和位移邊界條件，對燃燒室機匣進行特征值屈曲分析，得到機匣不同階次的特征值及對應的特征屈曲模態；特征值屈曲分析所得的第一階即最低階特征屈曲模態反映了機匣最先可能出現失穩變形的部位與分布情況，作為初步判斷機匣穩定性的參考；

步驟(3)：選取燃燒室機匣的第一階屈曲失穩變形部位，在步驟(1)確定的載荷邊界條件和位移邊界條件下進行幾何和材料雙重非線性屈曲分析；對步驟(2)所得燃燒室機匣最低階特征屈曲模態整體的變形幅值進行縮小處理，構造出引發機匣失穩的初始擾動；所述初始擾動是指引發燃燒室匣偏離原有的平衡狀態而在外載荷作用下出現屈曲失穩的初始變形；再采用弧長法追蹤燃燒室機匣屈曲失穩過程中的載荷位移關系曲線，確定燃燒室機匣的非線性屈曲臨界載荷，提取非線性屈曲臨界載荷對應的屈曲模態，得到燃燒室機匣失穩區域的分布情況；

步驟(4)：將非線性屈曲臨界載荷與燃燒室機匣最大工況下的內外氣壓差之比定義為穩定安全系數，作為燃燒室機匣穩定性適航符合性的判斷條件；若所述穩定安全系數不滿足判斷條件，則修改燃燒室機匣失穩部位的壁厚或增設加強筋以調整燃燒室機匣的幾何結構；若滿足條件則表明燃燒室機匣的穩定性符合航空發動機適航條款的要求；

步驟(5)：以非線性屈曲臨界載荷作為燃燒室機匣新的內外氣壓差的輸入值，同時加載步驟(1)確定的載荷邊界條件和位移邊界條件，進行燃燒室機匣靜強度分析，確定應力和變形情況；采用航空發動機用手冊中確定的應力標準和變形幅值，驗證燃燒室機匣在穩定性符合要求的前提下應力值和變形量是否符合發動機手冊的要求；根據特征值屈曲分析、非線性屈曲分析和靜強度校核分析的結果，最終確定燃燒室機匣的適航符合性。

2.根據權利要求1所述的燃燒室機匣的適航符合性驗證方法，其特征在于：所述步驟(2)中，對燃燒室機匣進行特征值屈曲分析，得到燃燒室機匣不同階次的特征值及對應的特征屈曲模態的具體過程如下：

(1)進入有限元分析軟件求解層，選擇分析類型為屈曲分析；根據實際需要在求解控制選項中設置特征值提取方法和提取的特征值數目；所述特征值提取方法包括子空間迭代法、分塊蘭索斯法；

(2)在提取特征值后進入有限元分析軟件的求解層進行模態擴展，定義模態擴展數目，在求解層再次進行求解，得到從第一階開始的一系列不同階次的特征值及其對應的特征屈曲模態。

3.根據權利要求1所述的燃燒室機匣的適航符合性驗證方法，其特征在于：所述步驟(3)中，進行幾何和材料雙重非線性屈曲分析的具體過程如下：

(1)基于特征值屈曲分析所得第一階模態，對第一階模態的所有節點的位移進行相同比例的縮小處理，處理結果作為非線性屈曲分析的初始擾動；

(2)基于所述燃燒室機匣有限元分析模型中所采用的彈塑性材料模型，輸入GH4169在高溫狀態下的應力和應變關系，開啟幾何大變形選項以計算機匣在失穩過程中應變和位移之間的幾何非線性關系；

(3)基于弧長法，根據需要設置迭代終止條件進行求解，提取有限元分析模型的最大位移節點的載荷位移關系曲線，載荷位移關系曲線中的曲線斜率為零的位置所對應的載荷即為燃燒室機匣的非線性屈曲臨界載荷。

4.根據權利要求1所述的燃燒室機匣的適航符合性驗證方法，其特征在于：所述步驟(4)中，穩定安全系數f_i計算如下式所示：

式中：q_cp為非線性屈曲分析所得臨界載荷，單位為MPa；q_max為機匣工作時的最大壓力差，單位為MPa；將穩定安全系數大于等于1.5作為燃燒室機匣穩定性符合航空發動機適航條款要求的判斷條件。