发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统与流程

本发明涉及发动机动力学设计领域，尤其是指一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统。

背景技术：

1、航空发动机涡轮叶片大量使用枞树形榫头与涡轮盘联接。带榫头的涡轮叶片在高转速、高温下工作，榫头往往存在高应力区，其是强度设计重点关注的部位，时常需要做结构优化设计。目前叶片榫头广泛采用2d或3d有限元法计算强度，有限元网格质量对分析准确性有较大的作用。然而目前人们常用的商用软件生成结构的有限元网格，不论是2d网格或3d网格均无法实现参数化自动生成。此外商用软件比较成熟的3d网格仅有4面体的，4面体单元精度不高，形状模拟精度较差。

2、因此，迫切需要提供一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统以克服现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中存在的技术缺陷，而提出一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统，其可实现参数化网格自动生成8节点4边形2d网格或20节点6面体3d网格，因此具有较高的效率：节省大量人力、缩短计算时间，也为叶片榫头优化设计提供了网格生成基础。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，包括以下步骤：

3、s1：输入用于构建叶片榫头有限元网格自动生成的控制参数；

4、s2：根据所述控制参数计算用于构建所述叶片榫头有限元网格的顶点的坐标；

5、s3：根据顶点的坐标生成2d几何模型；

6、s5：基于所述2d几何模型采用平移复制的方法沿z向生成榫头3d网格；

7、s6：输出榫头3d网格数据。

8、在本发明的一个实施例中，在步骤s1中，所述控制参数包括齿数、上侧角、榫头高度、榫头颈宽、接触宽度、圆弧半径和申根高度。

9、在本发明的一个实施例中，在步骤s2中，根据所述控制参数计算用于构建所述叶片榫头有限元网格的顶点的坐标的方法包括：

10、根据所述齿数计算用于构建所述叶片榫头有限元网格的顶点的数量；

11、根据上侧角、榫头高度、榫头颈宽、接触宽度、圆弧半径和申根高度计算所有顶点的坐标。

12、在本发明的一个实施例中，所述顶点的数量的计算公式为：

13、nnd＝3+6*nteeth

14、其中，nnd表示顶点的数量，nteeth表示齿数。

15、在本发明的一个实施例中，计算所有顶点的坐标的方法为按照所述齿数进行循环计算。

16、在本发明的一个实施例中，在步骤s3中，根据顶点的坐标生成2d几何模型的方法包括：

17、生成2d几何模型中的榫头截面左侧2d网格，并采用镜像对称复制的方法生成榫头截面右侧2d网格。

18、在本发明的一个实施例中，生成2d几何模型中的榫头截面左侧2d网格的方法包括：

19、将两个顶点连接成直线边，将三个顶点连接成圆弧边，由所有的边构成封闭环的2d几何模型中的榫头截面左侧2d网格。

20、此外，本发明是提供一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成系统，包括：

21、控制参数输入模块，所述控制参数输入模块用于输入用于构建叶片榫头有限元网格自动生成的控制参数；

22、顶点坐标计算模块，所述顶点坐标计算模块用于根据所述控制参数计算用于构建所述叶片榫头有限元网格的顶点的坐标；

23、2d几何模型生成模块，所述2d几何模型生成模块用于根据顶点的坐标生成2d几何模型；

24、3d网格生成模块，所述3d网格生成模块用于基于所述2d几何模型采用平移复制的方法沿z向生成榫头3d网格；

25、3d网格输出模块，所述3d网格输出模块用于输出榫头3d网格数据。

26、并且，本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法的步骤。

27、还有，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法的步骤。

28、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

29、1、本发明所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统，其可实现参数化网格自动生成8节点4边形2d网格或20节点6面体3d网格，因此具有较高的效率：节省大量人力、缩短计算时间，也为叶片榫头优化设计提供了网格生成基础；

30、2、本发明所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统，其所生成的8节点4边形网格是常用2d单元精度最高的，20节点6面体3d单元是有限元常用3d单元中精度最高、形状模拟精度最高的单元，因而可使后续的有限元分析获得较高的精度。

技术特征：

1.一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：在步骤s1中，所述控制参数包括齿数、上侧角、榫头高度、榫头颈宽、接触宽度、圆弧半径和申根高度。

3.根据权利要求2所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：在步骤s2中，根据所述控制参数计算用于构建所述叶片榫头有限元网格的顶点的坐标的方法包括：

4.根据权利要求3所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：所述顶点的数量的计算公式为：

5.根据权利要求3所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：计算所有顶点的坐标的方法为按照所述齿数进行循环计算。

6.根据权利要求1所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：在步骤s3中，根据顶点的坐标生成2d几何模型的方法包括：

7.根据权利要求6所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法，其特征在于：生成2d几何模型中的榫头截面左侧2d网格的方法包括：

8.一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成系统，其特征在于：包括：

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1到7任一项所述的一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种发动机叶片榫头有限元网格参数化自动生成方法及系统，方法包括输入用于构建叶片榫头有限元网格自动生成的控制参数；根据控制参数计算用于构建叶片榫头有限元网格的顶点的坐标；根据顶点的坐标生成2D几何模型；基于2D几何模型采用平移复制的方法沿z向生成榫头3D网格；输出榫头3D网格数据。本发明可实现参数化网格自动生成8节点4边形2D网格或20节点6面体3D网格，因此具有较高的效率：节省大量人力、缩短计算时间，也为叶片榫头优化设计提供了网格生成基础。

技术研发人员：傅名伟,赵振兴,潘信予,代钰,薛园园,赵运生,丁建国,蔡显新
受保护的技术使用者：太仓点石航空动力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13