(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210686398.3 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 申请人 中国航发沈阳黎明航空发动机有限 责任公司 (72)发明人 蒋向华　马广璐　陈威宇　乔琛　 刘悦　徐彦强　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 尚云飞 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) (54)发明名称 一种H型筋空心 风扇叶片有限元模 型的自动 建立方法 (57)摘要 一种H型筋空心 风扇叶片有限元模 型的自动 建立方法， 属于有限元自动建模技术领域。 所述H 型筋空心风扇叶片有 限元模型的自动建立方法 包括： 步骤1、 确定设计参数， 设计参数包括实心 叶片外形数据和叶片内部特征参数； 步骤2、 将叶 片沿径向分为实心段、 过渡 段、 空心段、 过渡 段和 实心段； 步骤3、 建立叶片空心段和实心段的有限 元模型； 步骤4、 建立叶片过渡段有限元模型； 步 骤5、 建立叶片的有限元模型： 将叶片实心段、 过 渡段、 空心段、 过渡段和实心段的有限元模型进 行组合， 得叶片的有限元模型。 所述H型筋空心风 扇叶片有 限元模型的自动建立方法能够快速建 立起直接用于计算的各类H型筋结构以及相似结 构空心叶片的有限元模型。 权利要求书3页 说明书9页 附图6页 CN 115081280 A 2022.09.20 CN 115081280 A 1.一种H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 确定设计参数， 设计参数包括实心叶片外形 数据和叶片内部特 征参数； 步骤2、 将叶片沿径向分为实心段、 过渡段、 空心段、 过渡段和实心段； 步骤3、 建立叶片空心段和实心段的有限元模型； 步骤4、 建立叶片过渡段有限元模型； 步骤5、 建立叶片的有限元模型： 按照从叶根至叶尖的顺序， 将叶片实心段、 过渡段、 空心段、 过渡段和实心段的有限元 模型进行组合， 得叶片的有限元模型。 2.根据权利要求1所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤3包括： 步骤3.1、 根据叶片内部特征参数， 搭建叶片实心段和空心段每个空腔截面的二维结 构； 步骤3.2、 沿弦向将实心段和空心段每个空腔截面的二维结构划分为截面实心区域、 截 面壁板区域和截面圆角区域； 步骤3.3、 为叶片实心段和空心段分配网格层数； 步骤3.4、 建立叶片空心段和实心段的有限元模型： 在叶片空心段和实心段的的每个空腔截面二维结构建立 四边形网格； 将相邻 两层空腔 截面二维结构的四边形网格进行连接， 得到叶片空心段和实心段 的六面体网格； 对六面体 网格进行排序， 得到叶片空心段和实心段的有限元模型。 3.根据权利要求2所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤4包括： 步骤4.1、 建立过渡段立体模型， 所述过渡段立体模型包括过渡段实心立体区域、 过渡 段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域； 步骤4.2、 为过渡段分配网格层数； 步骤4.3、 为过渡段壁板立体区域、 过渡段实心立体区域和过渡段圆角立体区域分别建 立六面体网格； 步骤4.4、 将过渡段实心立体区域、 过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域的六面 体网格组合， 并沿弦向从 叶片前缘至叶片后缘的顺序进行排序， 得到叶片过渡段有限元模 型。 4.根据权利要求3所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤2中， 沿径向将叶片分段 具体方式为： 在空腔上边界的截面为S2 ′， 在空腔下边界的截面为S2； 空腔上边界的截面S2 ′向空腔 一侧偏置设定距离， 得到截面S1 ′； 空腔上边界的截面S2 ′向叶尖方向偏 置设定距离， 得到截 面S3′； 空腔下边界的截面S2向空腔一侧偏置设定距离， 得到截面S1； 空腔下边界的截面S2 向叶根方向偏置设定距离， 得到截面S3； 以截面S3、 S1、 S1 ′和S3′作为分段截面， 将叶片沿径 向分为实心段、 过渡段、 空心段、 过渡段和实心段。 5.根据权利要求2所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115081280 A 2于， 所述步骤3.2中， 所述截面圆角区域为过渡圆角与其外侧设定范围内的实心部 分构成的 区域； 所述截面实心 区域为叶片前缘与相邻的截面圆角区域之间的区域， 以及叶片后缘与 相邻的截面圆角区域之 间的区域； 所述截面壁板区域为位于同一个空腔上的两个截面圆角 区域之间的区域。 6.根据权利要求3所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤3.3中， 为叶片实心段和空心段分配网格层数的具体方式为： 截面实心区域沿 弦向的网格层数为NX1、 沿厚度方向的网格层数为NY1； 截面壁板区域沿弦向的网格层数为 NX2、 沿厚度方向的网格层数为NY2； 截面圆角区域沿弦向的网格层数为NX3、 沿厚度方向的 网格层数均为NY3； 并且， 对于叶片实心段的每个空腔截面二维结构， NY1＝NY2＝NY3； 对于 叶片空心段每个空腔截面二维结构， NY1＝NY3； 叶片空心段沿径向的网格层数NZ1； 叶片实 心段沿径向的网格层数NZ2。 7.根据权利要求2所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤3.4中： 在叶片空心段的每 个空腔截面 二维结构建立四边形网格的具体方式为： 对于截面实心区域和截面壁板区域， 以棋盘式划分方法建立四边形网格； 对于截面圆 角区域， 以中弧线LM为分界线将截面圆角区域分为叶盆侧圆角子区域和叶背侧圆角子区 域， 在叶盆侧圆角子区域和叶背侧圆角子区域采用Y型切块法建立四边形网格； 将截面 实心 区域、 截面壁板区域和截面圆角区域的四边形网格组合并沿弦向从叶片前缘至叶片后缘的 顺序进行排序， 得到叶片空心段每 个空腔截面 二维结构的四边形网格； 在叶片实心段的每 个空腔截面 二维结构建立四边形网格的具体方式为： 在叶片实心段每个空腔截面二维结构的截面实心区域、 截面壁板区域和截面 圆角区域 以棋盘式划分方法建立四边形网格， 将三个区域的四边形网格组合并沿弦向从叶片前缘至 叶片后缘的顺序进行排序， 得到叶片实心段每 个空腔截面 二维结构的四边形网格。 8.根据权利要求4所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤4.1中， 建立过渡段立体模型 具体方式为： 位于叶根部分的过渡段， 将截面S1与截面S3上对应的截面实心区域、 截面壁板区域和 截面圆角区域之间进行立体填充， 形成过渡段实心立体区域、 过渡段壁板立体区域和过渡 段圆角立体区域， 将过渡段实心立体区域、 过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域组 合形成叶根部分的过渡段立体模型； 位于叶尖部分的过渡段， 将截面S1 ′与截面S3 ′上对应的截面实心区域、 截面壁板区域 和截面圆角区域之间进行立体填充， 形成过渡段实心立体区域、 过渡段壁板立体区域和过 渡段圆角立体区域， 将过渡段实心立体区域、 过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域 组合形成叶尖部分的过渡段立体模型。 9.根据权利要求6所述的H型筋空心风扇叶片有限元模型的自动建立方法， 其特征在 于， 所述步骤4.2中， 为过渡段分配网格层数的具体方式为： 过渡段实心立体区域沿弦向的网格层数为NX1、 沿厚度方向的网格层数为NY1； 过渡段 壁板立体区域沿弦向的网格层数为NX2， 沿厚度方向的网格层数为NY4或NY5， 其中， NY4＝ NY2， NY5＝NY1＝NY3； 过渡段圆角立体区域沿弦向的网格层数为NX3、 沿厚度方 向的网格层 数均为NY3； 过渡段实心 立体区域、 过渡段壁板立体区域和过渡段圆角立体区域沿径向的网权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115081280 A 3