[發(fā)明專利]一種雙金屬功能梯度渦輪盤力學(xué)性能計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011140226.3
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112214853B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董一巍;閆偉國;吳宗璞;張賽濤;廖濤
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務(wù)所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應(yīng)森

1.一種雙金屬功能梯度渦輪盤力學(xué)性能計算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：在三維建模軟件中建立渦輪盤模型，定義功能梯度材料的成分分布函數(shù)以及材料屬性參數(shù)；

功能梯度材料的冪函數(shù)體積分數(shù)表達式為：

式中，α表示A相材料，C₀，k，n是可調(diào)的組分分布參數(shù)，r為渦輪盤半徑，B為渦輪盤最大半徑的值；已知功能梯度雙金屬材料中A相材料體積分數(shù)f_α(r)的情況下，功能梯度材料的彈性力學(xué)參數(shù)，E彈性模量和v泊松比隨半徑r的變化表述為：

E(r)＝f_α(r)·E₁+[1-f_α(r)]·E₂ (2)

ν(r)＝f_α(r)·ν₁+[1-f_α(r)]·ν₂ (3)

由彈性力學(xué)理論，得體積模量K(r)、剪切模量G(r)、拉梅常數(shù)λ(r)分別為：

已知A相材料體積分數(shù)f_α(r)的情況下，功能梯度材料的熱力學(xué)參數(shù)隨半徑r的變化表述為：

α(r)＝f_α(r)·α₁+[1-f_α(r)]·α₂ (7)

步驟2：定義彈性剛度矩陣，計算每一增量步的對應(yīng)應(yīng)力值，計算由渦輪盤不均勻溫度場產(chǎn)生的熱應(yīng)力，對應(yīng)力矩陣進行更新；

所述熱應(yīng)力的表達式為：

{σ}＝[D_e]{ε} (9)

彈性剛度矩陣表達式為：

步驟3：計算Von Mises應(yīng)力，求解初始等效塑性應(yīng)變下的屈服應(yīng)力和應(yīng)變硬化系數(shù)，得到初始屈服應(yīng)力后，與Von Mises應(yīng)力作比較，判斷是否發(fā)生屈服，若未發(fā)生屈服，則進入步驟4；若發(fā)生屈服，則引入流動法則，應(yīng)用Newton迭代，求解更新的屈服應(yīng)力和應(yīng)變硬化系數(shù)，屈服狀態(tài)迭代結(jié)束后進入步驟4；

所述Von Mises應(yīng)力的表達式為：

所述發(fā)生屈服的判斷依據(jù)為Von Mises應(yīng)力大于屈服應(yīng)力；所述求解更新的屈服應(yīng)力和應(yīng)變硬化系數(shù)的原理表述為：

屈服面硬化系數(shù)：

其中，c為應(yīng)變率常數(shù)，

屈服應(yīng)力更新：

初始等效塑性應(yīng)變增量更新：

Δp^(k)+dΔp→Δp^(k+1) (14)

其中，

退出Newton迭代的條件為

其中，tol為設(shè)定的容差；

步驟4：將得到初始屈服應(yīng)力與Von Mises應(yīng)力作比較，若Von Mises應(yīng)力大于屈服應(yīng)力，則屈服發(fā)生，引入流動法則，應(yīng)用Newton迭代，求解更新的屈服應(yīng)力和應(yīng)變硬化系數(shù)；

步驟5：如不發(fā)生屈服或屈服狀態(tài)迭代結(jié)束，計算Jacobian矩陣，儲存應(yīng)變更新到狀態(tài)變量數(shù)組，結(jié)束這一增量步的計算；

步驟6：定義功能梯度材料的熱力學(xué)屬性，根據(jù)步驟1推導(dǎo)的功能梯度材料熱力學(xué)參數(shù)隨半徑變化的關(guān)系式，計算功能梯度材料的熱力學(xué)性質(zhì)參數(shù)；

步驟7：根據(jù)功能梯度材料的比熱值計算單位質(zhì)量的熱能增量，通過迭代累計得到單位質(zhì)量功能梯度材料的內(nèi)部熱值，根據(jù)功能梯度材料的熱導(dǎo)率計算單位質(zhì)量的熱通量，得到功能梯度材料的溫度場在空間中的梯度，隨后結(jié)束這一步驟，將數(shù)據(jù)傳回主程序。