(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 202111645611.8 (22)申请日 2021.12.3 0 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 申请人 中国航发沈阳发动机 研究所 (72)发明人 胡绪腾　嵇大伟　郭秩维　周斌　 郑昊东　王梦磊　 (74)专利代理 机构 南京瑞弘专利商标事务所 (普通合伙) 32249 专利代理师 吴旭 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟 件设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种考核涡轮盘轮缘凸块的疲 劳试验模拟件设计方法， 包括以下步骤： 根据实 际涡轮盘榫连结构构件的材料和服役工况， 分别 确定涡轮盘轮缘凸块模拟件材料和试验温度； 根 据实际涡轮盘榫连结构构件的材料性能以及实 际尺寸， 进行建模分析， 获得实际涡轮盘榫连结 构构件的受力情况， 确定应力集中部位的局部最 大应力， 导出定义路径的应力分布； 根据模拟件 设计准则， 保证涡轮盘轮缘凸块模拟 件应力集中 部位的几何形状相似； 对涡 轮盘轮缘凸块模拟件 进行有限元分析， 获得涡轮盘轮缘凸块模拟件应 力集中部位应力分布和定义路径分布。 本发明能 够充分反映涡轮盘榫连结构中涡轮盘轮缘凸块 危险部位的应力集中、 应力分布特 征。 权利要求书2页 说明书4页 附图6页 CN 114492107 A 2022.05.13 CN 114492107 A 1.一种考核涡轮 盘轮缘凸块的疲劳试验 模拟件设计方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： (1)根据实际涡轮盘榫连结构构件的材料和服役工况， 分别确定涡轮盘轮缘凸块模拟 件材料和试验温度； (2)根据实际涡轮盘榫连结构构件的材料性能以及实际尺寸， 进行建模分析， 获得实际 涡轮盘榫连结构构件的受力情况， 确定应力集中部位的局部最大应力， 导出定义路径的应 力分布； (3)根据模拟件设计准则， 保证涡轮盘轮缘凸块模拟件应力集中部位的几何形状相似， 以此设计涡轮 盘轮缘凸块模拟件的几何尺寸； (4)根据实际涡轮盘榫连结构构件的应力集中部位的最大局部应力， 对涡轮盘轮缘凸 块模拟件进行有限元分析， 获得涡轮盘轮缘凸块模拟件应力集中部位应力分布和定义路径 分布。 2.根据权利要求1所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(2)中， 根据实际涡轮盘榫连结构构件旋转角速度设置加载条件后， 使用有限 元分析软件进行计算， 根据计算结果， 通过应力 云图分析得到榫连结构 中涡轮盘轮缘凸块 的应力集中部位应力分布情况， 确定该区域最大应力， 即为应力集中部位的局部最大应力； 根据应力集中部位定义一条路径， 然后导出沿该路径距离梯度的应力变化数据， 为涡轮盘 轮缘凸块模拟件设计准备对比数据。 3.根据权利要求1所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(3)中， 根据实际涡轮盘榫连结构构件的受力情况， 确定涡轮盘轮缘凸块模拟 件的应力集中部位； 根据模拟件设计准则， 保证涡轮盘轮缘凸块模拟件应力集中部位的几 何形状与实际涡轮盘榫连结构构件几何形状相似， 以此设计涡轮盘轮缘凸块模拟件几何尺 寸， 然后， 为了使该 结构能够被加工使用， 对其进行简化。 4.根据权利要求3所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(3)中， 为保证轮缘凸块模拟件应力集中部位的几何形状相 似， 同时为了保证 榫连结构模拟件的夹持方式， 并且考虑到榫连结构的主要研究对 象为涡轮盘轮缘凸块， 因 此将榫连结构模拟件设计为两个叶片榫头加载一个轮缘凸块的形式； 其中， 涡轮盘轮缘凸 块的榫齿为完整齿形， 叶片榫头为两个相邻叶片的榫齿各取一半组成的加载模拟件； 而后 对其简化。 5.根据权利要求1所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(4)中， 通过涡轮盘轮缘凸块模拟件与实际涡轮盘榫连结构构件的尺寸相 似， 加载相应的受力条件后， 并不能直接得到与实际构件力集中部位的最大局部应力相同的应 力数值， 这是因为二者并非严格线性相关， 经过迭代计算最终确定使轮缘凸块模拟件应力 集中部位的最大局部应力与实际构件相同时的加载 载荷。 6.根据权利要求1所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(4)中， 根据实际涡轮盘榫连结构构件的材料参数以及工作时的旋转角速度， 计算获得离心力， 再以此估算出需要施加在有限元上 的载荷， 然后在涡轮盘轮缘凸块模拟 件的另一个部件上施加固定约束， 进行有限元分析计算； 根据轮缘凸块模拟件应力集中部 位定义一条路径， 与实际涡轮盘榫连结构构件应力集中部位的定义路径进行对比分析； 得 到能够保证与实际构件应力集中部位的局部最大应力相同的同时， 还具有与实际相似的最权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114492107 A 2大应力范围和应 变分布， 符合所选取的模拟件设计准则的轮缘凸块模拟件。 7.根据权利要求6所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(4)中， 在对比模拟件与实际构件的应力集中部位的定义路径应力分布后， 若 二者相差较大， 需要返回步骤(3)， 调整模拟件几何尺寸设计， 直到二者的应力分布基本保 持一致。 8.根据权利要求1所述的考核涡轮盘轮缘凸块的疲劳试验模拟件设计方法， 其特征在 于： 所述步骤(4)中， 涡轮盘轮缘凸块模拟件的初始截面尺寸为 实际涡轮盘榫连结构构件的 0.5倍。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114492107 A 3