压气机轮盘简化结构强度的数值仿真分析

付为刚 姚裕隆 裴少坤 陈俊杰

摘要：背景：压气机轮盘是发动机的重要组件，工作环境的应力条件复杂，其结构性能对发动机工作将产生很大的影响。目的：针对发动机轮盘进行受力分析，有利于进行轮盘结构优化设计，进而提高发动机推重比。方法：本文采用理论分析与有限元仿真相结合，基于对称假设下的轮盘简化结构强度给出径向与周向最大应力的理论解。同时，运用有限元软件ANSYS获得对应的数值仿真解。结论：经理论解与仿真解对比分析表明，本文提供的方法可用于压气机轮盘简化结构强度的求解分析。

Abstract： Background： the compressor disk is an important component of the engine， the stress condition of the working environment is complex， its structure and performance will have a great impact on the engine. The purpose of this paper is to analyze the force on the engine disk， which is conducive to the optimization design of the disk structure， and then improve the thrust-weight ratio of the engine. The method of this paper： in this paper， theoretical analysis and finite element simulation are combined， and the theoretical solutions of radial and circumferential maximum stress are given based on the simplified structural strength of the disk under the assumption of symmetry. At the same time， the corresponding numerical simulation solution is obtained by using the finite element software ANSYS. The conclusion of this paper： the comparison between theoretical solution and simulation solution shows that the method presented in this paper can be used to solve and analyze the simplified structure strength of compressor disk.

关键词：压气机轮盘;强度;数值仿真;有限元法

Key words： compressor disk;strength;numerical simulation;finite element

中图分类号：V231.91                                  文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）06-0042-02

0  引言

压气机轮盘是航空发动机的关键部件，其工作环境复杂且承受极端载荷。因而其应力分析和结构设计是航空发动机设计的难点[1]。文中根据发动机相应的结构设计准则[2]，分别计算轮盘不同工作环境下径向/周向最大应力的理论解。其次，运用有限元软件ANSYS仿真分析得出了轮盘径向/周向最大应力的仿真解[3]。通过对比分析验证了由有限元软件ANSYS仿真分析计算出的轮盘径向/周向最大应力的精确性。

1  压气机轮盘简化结构强度的理论解

轮盘实体结构模型在进行理论求解计算时需要针对轮盘结构进行假设简化。

1.1 微元体简化假设

①轴对称假设：包括几何形状，载荷分布以及温度场等;②平面应力假设：大多数轮盘的外径与厚度相比是比较大的。……