[發明專利]一種復雜結構的應力集中參數確定方法

有效

• 申請號: 202011208362.1
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112287487B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 李振磊;石多奇;何雨舒;楊曉光;齊紅宇
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種復雜結構的應力集中參數確定方法，該方法包括：對復雜結構進行有限元分析，得到所述復雜結構關鍵部位處的局部應力場；根據所述局部應力場，確定危險截面上的高應力區和低應力區；所述危險截面為所述局部應力場中最大應力點所在的截面；根據所述高應力區和所述低應力區確定所述復雜結構高應力區的應力減小值；獲取所述高應力區的長度；根據所述復雜結構高應力區的應力減小值和所述高應力區的長度，確定所述復雜結構的應力集中參數；所述應力集中參數為所述復雜結構高應力區的應力減小值和所述高應力區的長度的比值。本發明可以實現對復雜結構的應力集中分析。

技術領域

本發明涉及工程結構應力分析領域，特別是涉及一種復雜結構的應力集中參數確定方法。

背景技術

在各葉輪機械(如航空發動機、燃氣渦輪發動機、發電輪機、制冷透平及化工壓縮機等)中，大多數構件的幾何形狀通常較為復雜。結構的幾何不連續(如孔和缺口)和復雜幾何連續(如葉片葉型等)都會導致工程結構的應力集中，并可能進一步引發結構失效等問題，會嚴重影響結構的靜強度、疲勞壽命、持久強度和疲勞極限等。以航空發動機渦輪葉片為例，葉身氣膜孔和復雜的葉型會導致葉片產生應力集中現象。

現有技術中，應力集中因子能夠描述帶孔平板、缺口平板和缺口圓棒的應力集中，但無法直接應用到真實的工程結構上，如葉型、榫齒、榫槽等。

發明內容

本發明的目的是提供一種復雜結構的應力集中參數確定方法，以實現對復雜結構的應力集中分析。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種復雜結構的應力集中參數確定方法，包括：

對復雜結構進行有限元分析，得到所述復雜結構關鍵部位處的局部應力場；

根據所述局部應力場，確定危險截面上的高應力區和低應力區；所述危險截面為所述局部應力場中最大應力點所在的截面；

根據所述高應力區和所述低應力區確定所述復雜結構高應力區的應力減小值；

獲取所述高應力區的長度；

根據所述復雜結構高應力區的應力減小值和所述高應力區的長度，確定所述復雜結構的應力集中參數；所述應力集中參數為所述復雜結構的應力集中參數為應力減小歸一化值和所述高應力區的歸一化長度的比值。

可選的，當所述復雜結構為葉片類結構時，所述危險截面為最大應力點至葉身尾緣且垂直于關鍵部位處最大徑向應力方向的截面；

當所述復雜結構為盤類結構時，所述危險截面為最大應力點所在的沿輪盤厚度方向的連續截面。

可選的，根據所述局部應力場，確定危險截面上的高應力區和低應力區，具體包括：

獲取所述危險截面上每個應力點與最大應力點之間的距離和每個應力點的應力值；對每個應力點與最大應力點之間的距離進行歸一化處理，得到每個應力點的歸一化距離；

以每個應力點的歸一化距離為橫坐標，以每個應力點的應力值為縱坐標，繪制應力分布圖；

將所述應力分布圖中從最大應力點開始，應力值衰減程度大于設定閾值的區域確定為高應力區；

將所述應力分布圖中除高應力區之外的區域，確定為低應力區。

可選的，所述根據所述高應力區和所述低應力區確定所述復雜結構高應力區的應力減小值，具體包括：

對所述高應力區內應力點的歸一化距離和應力值進行線性擬合，得到第一直線；

對所述低應力區內應力點的歸一化距離和應力值進行線性擬合，得到第二直線；

將所述第一直線和所述第二直線交點位置的應力值確定為臨界位置應力值；