陶瓷基复合材料涡轮导向叶片有限元方法研究

罗漂洋 王绍华 聂华菊

摘 要：陶瓷基复合材料是各向异性材料，且材料主向随结构位置的不同而变化，文章以涡轮导向叶片为例，采用局部单元坐标系变换的方法，进行了陶瓷基复合材料有限元分析方法的研究。本方法可为CMC结构件有限元分析提供参考。

关键词：CMC;涡轮导向叶片;有限元分析

引言

陶瓷基复合材料（CMC）具有优越的高温性能，同时具有高比强度、高比模量、耐磨损、线性膨胀系数小以及热稳定性好等优点，陶瓷复合材料的这些优异性能引起了各国的广泛关注，并投入了大量的人力、物力进行开发和应用研究。在航空领域，陶瓷基复合材料的优异性能使其可作为航空发动机高温部件良好的替换材料。

1 有限元模型建立方法

1.1 模型简化

（1）  该型发动机导向叶片截面大小沿叶高逐渐减小，文章所建模型忽略这种变化，简化为等截面模型;（2） 文章所建模型忽略该型发动机导向叶片截面沿径向的扭向，简化为无扭叶片;（3） 该型发动机导向叶片壁厚不等，文章所建模型简化为等壁厚叶片;（4） 因叶片承受的温度负荷及气体力载荷关于中间截面近似对称，故取半个叶身进行分析。

1.2 网格划分方法

因陶瓷基编织复合材料为各向异性材料，具有方向性，在进行网格划分时，要求有限元网格比较规整。为方便网格划分，可将模型分成几个部分。如图1所示。为方便后续叙述，文章假设叶片前缘区域为A，叶背部位区域为B，叶盆部位区域为C，叶片尾部区域为D，叶片尾缘区域E。……