[發明專利]一種基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法

在審

• 申請號: 202210686977.8
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN115017647A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 胡健平;蔣銀;李軍
• 申請（專利權）人: 東航技術應用研發中心有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/25
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 施浩

本發明公開了一種基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法，通過DEM求解器設置各種接觸碰撞模擬環境，并對導入的發動機幾何模型與FOD(Foreign Object Debris)，即發動機幾何模型與外來異物損傷顆粒或顆粒簇，FOD顆粒或FOD顆粒簇之間進行接觸碰撞檢測，并在隨后的計算過程中進行接觸碰撞數值模擬和求解，然后對發生接觸碰撞的發動機幾何模型進行磨損評估，從而獲取發生接觸碰撞的發動機的碰撞位置的磨損狀態。包括以下步驟：獲取發動機幾何模型，并將發動機幾何模型導入DEM求解器；設置DEM求解器接觸碰撞模擬環境，并進行初始化；基于接觸碰撞模擬環境對發動機幾何模型進行接觸碰撞檢測與計算，獲取接觸碰撞信息；基于接觸碰撞信息對發生接觸碰撞的發動機幾何模型進行磨損評估。

技術領域

本發明涉及航空發動機外來異物撞擊領域，具體涉及一種基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法。

背景技術

航空渦輪發動機在起飛或著陸階段，高速旋轉的渦輪葉片在前方來流的作用下需要承受較大的壓力，以及離心和高頻震動應力等，該階段如果發動機吸入硬質FOD(ForeignObject Debris)，很可能會對風扇葉片和壓氣機前部葉片造成缺口、凹坑或者裂紋等影響，同時伴隨應力集中和顯微結構損傷，而不同類型的損傷狀態又會影響高周疲勞(HighCycle Fatigue，HCF)強度，進而在疲勞載荷作用下加速葉片裂紋擴散，大幅降低葉片壽命，誘發葉片提前斷裂失效。

FOD可以很容易被吸入發動機，導致發動機失效。據保守估計，每年全球因FOD造成的損失至少在30-40億美元。FOD不僅會造成巨大的直接損失，還會造成航班延誤、中斷起飛、關閉跑道等間接損失。

但由于目前的國內外研究FOD對航空發動機的影響主要采用的是通過實驗手段使FOD高速沖擊風扇葉片以進行多參數化研究沖擊損傷區域的特性以及裂紋萌生和擴展行為的機理，以及采用基于非線性結構力學的數值分析手段對FOD撞擊風扇葉片的過程進行數值求解。但實驗手段不僅成本高昂，而且會對材料內部造成實質性損傷，難以開展多參數和多環境狀態研究，是當諸如硬幣、零部件或者石塊等硬質FOD被吸入發動機，在旋轉的風扇葉片或者低壓壓氣機的撞擊下破碎，并在高速載流的作用下沖擊高壓壓氣機葉片后，極容易導致葉片發生變形，引起發動機震顫，尤其當有較大的硬質殘渣進入燃燒室則很可能導致嚴重事故。

發明內容

以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是所有構想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關鍵性或決定性要素亦非試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。

本發明的目的在于解決上述問題，提供了一種基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法，可以外來異物(Foreign Object Debris，以下有時簡稱 FOD)碰撞磨損評估需求，通過DEM求解器(Discrete Element Method，離散單元法)設置各種接觸碰撞模擬環境，然后對發動機幾何模型進行接觸碰撞檢測，并對發生接觸碰撞的發動機幾何模型進行磨損評估。

本發明的技術方案為：

本發明提供一種基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法，包括以下步驟：

獲取發動機幾何模型，并將發動機幾何模型導入DEM求解器；

設置DEM求解器接觸碰撞模擬環境，并進行初始化；

基于接觸碰撞模擬環境對發動機幾何模型進行接觸碰撞檢測；

對發生接觸碰撞的發動機幾何模型進行磨損評估。

根據本發明的基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法的一實施例，所述基于DEM求解器的外來異物碰撞磨損評估方法采用多面體網格對發動機幾何模型進行網格化預處理，獲取精細化的發動機幾何模型。