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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
本文在理论分析基础上,采用商用软件ANSYS、CFD等数值模拟方法，对一类涡轮盘结构内的温度分布、离心应力和热应力分布及其相互间的非线性影响关系与作用机理进行了深入研究；探索了在不改变轮盘外形及约束条件下，通过优化温度场的热应力主动控制方法，实现盘内应力水平的合理控制，进而有效优化轮盘内的应力分布并降低应力水平，从而实现轮盘强度寿命不变的条件下减重或进一步延长轮盘寿命的目标。本文也创新地采用类双辐板冷却结构，通过优化设计，实现了优化温度分布的目标。在上述研究基础上，提出了一种以终端需求为导向的新的设计流程和方法，该方法基于热应力主动控制思想，采用直接耦合方法，使传统的冷却校核变成了冷却结构设计，很好地挖掘了热端部件的应力优化潜力，对航空发动机涡轮盘的优化设计流程再造有一定的借鉴意义。本文提出了一种类双辐板涡轮盘，采用由简入繁、依次类比、逐步递进的方法对该模型内的热应力控制机理进行深入研究。通过收集、查阅文献，经过归纳、总结和推导，首先对标准模型内应力的基本控制方程组及其理论解析解进行了阐述和分析。通过与标准模型的理论解析解比照，对ANSYS软件等主要数值方法计算的准确性进行了验证，证明了该有限元软件对此类题目进行模拟计算的可靠性和适用性。以简化涡轮盘为研究对象，基于有限元的热—弹性耦合算法，重点对等冷气耗量条件下，轮盘内应力水平与其表面温度分布的关联性和敏感性进行了详细分析，探索了通过轮盘表面热管理来主动控制盘内应力水平的内在规律；以类双辐板轮盘为研究对象，使用单向FSI耦合算法，对轮盘内的温度分布、应力分布及其关联关系进行了综合分析，研究了通过类双辐板轮盘盘心开槽加热的方式来主动控制盘内应力水平，进而实现有效减重目标的优化规律；最后以某型涡轮盘实体结构为母版优化后得到的双辐板涡轮盘为研究对象，使用单向FSI耦合算法，对涡轮盘内的温度分布、应力分布及其关联关系进行了初步分析，得到了双辐板涡轮盘优化结构在主动热应力控制下的相关温度和应力分布特点，对其热应力控制机理和优化规律进行了探索。研究结果表明：①等冷气耗量条件下，标准模型轮盘外缘温度不变时，轮盘表面温度沿半径方向采用“V”形分布时，盘内的应力水平尤其是等效应力最大值与其他工况相比会出现大幅下降，同时应力的分布也更趋于均匀。②在保证整体气动性能的前提下，通过合理调整涡轮盘表面温度分布来有效地优化轮盘内应力分布并降低轮盘的应力水平，从而提高涡轮盘的安全性和使用寿命是可行。③通过在类双辐板轮盘和实体涡轮盘盘心开槽加热的方式，探索通过对涡轮盘的主动热管理，实现涡轮盘内温度场的按需分布，再通过其产生的热应力变化对盘内应力水平和分布进行主动控制，从而在不改外形尺寸和约束条件的前提下，实现对涡轮盘的结构减重和性能优化以及使用寿命改善是值得预期的④发动机涡轮盘优化设计方法的水平高低直接决定了航空发动机设计和优化的效果与水平。以终端需求为导向，以温度场控制为手段，通过热应力、离心应力、气动引起的应力之间的直接耦合实现旋转部件的减重优化，通过实验验证，探索设计流程再造，进而形成以流－固－热直接耦合为核心，基于热应力主动控制的新型设计方法是可行的，也必将成为国内发动机涡轮盘优化设计的发展趋势。 |
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发表于 2022-9-5 15:20:14
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