【技术实现步骤摘要】
本公开涉及航空发动机，尤其涉及一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件及其设计方法。
技术介绍
1、在航空发动机
中，单晶涡轮叶片含有换热肋，换热肋的主要功能是增强单晶涡轮叶片内部换热性能。但是，在发动机服役复杂工况下，单晶涡轮叶片在换热肋处极容易出现低周疲劳裂纹。
2、目前，在本领域中，通常采用发动机累积试车验证的方式来测试单晶涡轮叶片低周疲劳性能。然而，发动机累积试车验证通常需要进行数千次的“启动-最大-停车”循环，从而导致直接利用单晶涡轮叶片进行发动机累积试车验证的代价巨大。因此，有效地对换热肋等特征细节作模拟件设计能大大缩小叶片研发周期，降低成本。
3、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本公开目的在于提供一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件及其设计方法，通过单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法设计出的单晶涡轮叶片换热肋模拟件能够准确模拟含有换热肋的单晶涡轮叶片局部细节及其失效模式。
2、本公开一方面提供了一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，包括：
3、计算第一夹角；
4、基于控制因素设计模拟件，并使得所述模拟件中包括模拟换热肋；
5、设置第一偏差阈值，确定所述模拟换热肋的设置角度，并计算第二夹角，若所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值小于等于所述第一偏差阈值，则所述模拟件为最终的所述单晶涡轮叶片换
6、其中，所述第一夹角为单晶涡轮叶片换热肋在发动机工况下的最大应力处的应力方向与所述单晶的晶向[001]之间的夹角，所述第二夹角为所述模拟换热肋在所述发动机工况下的最大应力处的应力方向与所述单晶的晶向[001]之间的夹角，控制因素包括：所述单晶涡轮叶片在所述换热肋处的厚度、所述单晶涡轮叶片换热肋的结构尺寸。
7、在本公开的一种示例性实施例中，所述计算第一夹角，包括：
8、建立所述单晶涡轮叶片的有限元模型；
9、在所述发动机工况下，对所述单晶涡轮叶片的有限元模型进行应力计算，以获取所述单晶涡轮叶片换热肋在所述发动机工况下的最大应力处的应力方向；
10、将所述单晶涡轮叶片换热肋在所述发动机工况下的最大应力处的应力方向与所述单晶的晶向[001]之间的夹角进行计算，以获取所述第一夹角。
11、在本公开的一种示例性实施例中，所述基于控制因素设计模拟件，并使得所述模拟件中包括模拟换热肋，包括：
12、获取所述单晶涡轮叶片在所述换热肋处的厚度，并使得所述模拟件在所述模拟换热肋处的壁厚与所述单晶涡轮叶片在所述换热肋处的厚度相同；
13、获取所述单晶涡轮叶片换热肋的结构尺寸，并使得所述模拟换热肋的结构尺寸与所述单晶涡轮叶片换热肋的结构尺寸相同；
14、根据所述模拟件在所述的模拟换热肋处的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述模拟件。
15、在本公开的一种示例性实施例中，所述模拟件包括：
16、夹持段；
17、试验段，所述试验段和所述夹持段连接，所述模拟换热肋位于所述试验段内，所述试验段的壁厚与所述单晶涡轮叶片在所述换热肋处的厚度相同。
18、在本公开的一种示例性实施例中，所述根据所述模拟件在所述的模拟换热肋处的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述模拟件，包括：
19、根据所述试验段的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述试验段；
20、根据所述夹持段的壁厚设计所述夹持段；
21、根据设计的所述试验段和设计的所述夹持段设计所述模拟件；
22、其中，所述夹持段的壁厚为所述试验段的壁厚的至少两倍。
23、在本公开的一种示例性实施例中，所述夹持段和所述试验段均为圆柱状，所述夹持段的横截面的半径大于所述试验段的横截面的半径，所述根据所述模拟件在所述模拟换热肋处的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述模拟件，包括：
24、根据所述试验段的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述试验段；
25、根据所述夹持段的壁厚设计所述夹持段；
26、在所述夹持段和所述试验段之间设计过渡段，并且使得所述过渡段靠近所述夹持段的一端与所述模拟换热肋之间的长度为所述试验段的横截面的半径的至少3倍；
27、根据设计的所述试验段、设计的所述夹持段和设计的所述过渡段设计所述模拟件。
28、在本公开的一种示例性实施例中，所述夹持段设置有连接部，所述连接部位于所述夹持段远离所述试验段的一端，所述连接部的长度为：
29、l1≥(l2-l3)/2；
30、其中，l1为所述连接部的长度，l2为所述夹持段远离所述试验段的一面与所述模拟换热肋之间的长度；l3为所述过渡段靠近所述夹持段的一端与所述模拟换热肋之间的长度。
31、在本公开的一种示例性实施例中，设置第一偏差阈值，确定所述模拟换热肋的设置角度，并计算第二夹角，若所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值小于等于所述第一偏差阈值，则所述模拟件为最终的所述单晶涡轮叶片换热肋模拟件，包括：
32、设置第一偏差阈值；
33、根据所述单晶涡轮叶片换热肋在所述单晶涡轮叶片内的角度，确定所述模拟换热肋的初始设置角度；
34、根据所述模拟换热肋的初始设置角度，计算所述第二夹角；
35、比较所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值，若所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值小于等于所述第一偏差阈值，则所述模拟件为最终的所述单晶涡轮叶片换热肋模拟件；若所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值大于所述第一偏差阈值，则对所述换热肋的初始设置角度进行调整，并根据调整后的所述模拟换热肋的设置角度，重新计算所述第二夹角，直至所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值小于等于所述第一偏差阈值。
36、在本公开的一种示例性实施例中，所述第一偏差阈值小于等于2％。
37、本公开另一方面提供了一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件，所述单晶涡轮叶片换热肋模拟件通过上述任意一项所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法设计而成。
38、本公开提供的技术方案可以达到以下有益效果：
39、本公开所提供的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，通过基于单晶涡轮叶片在换热肋处的厚度、单晶涡轮叶片换热肋的结构尺寸等控制因素设计模拟件，从而能够保证最终设计出的单晶涡轮叶片换热肋模拟件与单晶涡轮叶片具有较高的结构相似度。
40、并且，本公开使得模拟件中的模拟换热肋在发动机工况下的最大应力处的应力方向与单晶的晶向[001]之间的夹角，和单晶涡轮叶片换热肋在发动机工况下的最大应力处的应力方向与单晶的晶向[001]之间的夹角之间的偏差小于等于第一阈值，以此能够保证最终设计出的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的应力特征本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述计算第一夹角，包括：
3.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述基于控制因素设计模拟件，并使得所述模拟件中包括模拟换热肋，包括：
4.根据权利要求3所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述模拟件包括：
5.根据权利要求4所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述根据所述模拟件在所述的模拟换热肋处的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述模拟件，包括：
6.根据权利要求4所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述夹持段和所述试验段均为圆柱状，所述夹持段的横截面的半径大于所述试验段的横截面的半径，所述根据所述模拟件在所述模拟换热肋处的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述模拟件，包括：
7.根据权利要求6所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述夹持段设置有连接部，所述连接部位于
8.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，设置第一偏差阈值，确定所述模拟换热肋的设置角度，并计算第二夹角，若所述第一夹角和所述第二夹角之间的偏差值小于等于所述第一偏差阈值，则所述模拟件为最终的所述单晶涡轮叶片换热肋模拟件，包括：
9.根据权利要求8所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述第一偏差阈值小于等于2％。
10.一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件，其特征在于，所述单晶涡轮叶片换热肋模拟件通过上述权利要求1至9任意一项所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法设计而成。
...【技术特征摘要】
1.一种单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述计算第一夹角，包括：
3.根据权利要求1所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述基于控制因素设计模拟件，并使得所述模拟件中包括模拟换热肋，包括：
4.根据权利要求3所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述模拟件包括：
5.根据权利要求4所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述根据所述模拟件在所述的模拟换热肋处的壁厚和所述模拟换热肋的结构尺寸设计所述模拟件，包括：
6.根据权利要求4所述的单晶涡轮叶片换热肋模拟件的设计方法，其特征在于，所述夹持段和所述试验段均为圆柱状，所述夹持段的横截面的半径大于所述试验段的横截面的半径，所述根据所述模拟件在所...
【专利技术属性】
技术研发人员：温志勋，卢绪平，李飞，程前，沈莲，岳珠峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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