本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理方法，具體涉及一種適用于有限元自由網(wǎng)格的航空發(fā)動機(jī)葉片氣動力分布數(shù)據(jù)處理方法。
背景技術(shù)：
葉片是航空發(fā)動機(jī)的主要功能零件，用于實(shí)現(xiàn)整流、增壓、膨脹做功等功能，由于氣體作用力、離心力及溫度載荷的綜合作用，葉片的強(qiáng)度、振動及疲勞壽命問題比較突出，其中氣動力的表達(dá)對強(qiáng)度和疲勞壽命分析結(jié)果具有了決定性的影響，因此需要盡可能表述準(zhǔn)確。
葉片所受氣動力依托流體力學(xué)方法，建立流道控制體，根據(jù)動量守恒定律及牛頓第三定律推導(dǎo)出數(shù)學(xué)表達(dá)式。
由于葉片結(jié)構(gòu)形式的多樣性及復(fù)雜性，在進(jìn)行強(qiáng)度和壽命分析時(shí)通常采用有限元的方法。網(wǎng)格的多樣性使葉片氣動力的有限元表達(dá)增加了復(fù)雜性。
一般在處理四邊形有限元網(wǎng)格的氣動力分布計(jì)算時(shí)，可采用將控制體的氣動力按節(jié)點(diǎn)總數(shù)平均分配到各節(jié)點(diǎn)上的方法進(jìn)行簡化處理。
但在工程設(shè)計(jì)中，葉片的有限元網(wǎng)格形式自由，無法形成規(guī)則網(wǎng)格，導(dǎo)致無法采用按節(jié)點(diǎn)總數(shù)平均分配的簡化處理方法加載氣動力。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對葉片氣動力平均分配數(shù)據(jù)處理方法不適用于自由網(wǎng)格的數(shù)據(jù)處理問題，提供一種適用于有限元自由網(wǎng)格的葉片氣動力分布數(shù)據(jù)處理方法。
為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：
一種適用于有限元自由網(wǎng)格的葉片氣動力分布數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟：
步驟1原始參數(shù)載入模塊獲取氣動數(shù)據(jù)截面半徑，獲取速度、溫度、密度、壓力，同時(shí)獲取葉片表面單元信息、葉片表面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、進(jìn)排氣邊節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，并將獲取的單元信息發(fā)送至單元類型適應(yīng)性轉(zhuǎn)化模塊、邊界曲線擬合模塊和單元形函數(shù)計(jì)算模塊、模擬網(wǎng)格模塊；
步驟2單元類型適應(yīng)性轉(zhuǎn)化模塊，將步驟1中獲取的單元信息轉(zhuǎn)化為以三角形單元為基礎(chǔ)的統(tǒng)一信息存儲結(jié)構(gòu)和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，并將轉(zhuǎn)化后的信息發(fā)送至單元形函數(shù)計(jì)算模塊；
步驟3邊界曲線擬合模塊，將步驟1中獲取的進(jìn)、排氣邊節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)擬合出邊界曲線；
步驟4單元形函數(shù)計(jì)算模塊，根據(jù)步驟1中獲取的葉片表面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)和步驟2轉(zhuǎn)化后的單元信息，計(jì)算自由網(wǎng)格的單元形函數(shù)及最小單元長度；
步驟5模擬網(wǎng)格構(gòu)建，模擬網(wǎng)格模塊根據(jù)步驟4確定的自由網(wǎng)格最小單元長度，結(jié)合步驟3擬合的邊界曲線和步驟1獲取的氣動數(shù)據(jù)截面半徑等參數(shù)，構(gòu)建模擬網(wǎng)格；
步驟6模擬網(wǎng)格氣動力計(jì)算，模擬網(wǎng)格模塊以步驟5構(gòu)建的模擬網(wǎng)格為基礎(chǔ)，由步驟1中獲取的氣動數(shù)據(jù)計(jì)算出模擬網(wǎng)格的氣動力；
步驟7自由網(wǎng)格氣動力分配模塊將步驟6計(jì)算得到的模擬網(wǎng)格氣動力，按照步驟4計(jì)算到的單元形函數(shù)進(jìn)行分配；
步驟8氣動力計(jì)算結(jié)果格式化輸出模塊將步驟7完成的自由網(wǎng)格氣動力分配數(shù)據(jù)格式化輸出至存儲模塊和顯示模塊。
本發(fā)明的有益效果：
在進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)葉片強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了方便快捷的葉片有限元自由網(wǎng)格氣動力數(shù)據(jù)獲取及處理，結(jié)果可靠，所用時(shí)間少。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的流程示意圖
具體實(shí)施方式
一種適用于有限元自由網(wǎng)格的葉片氣動力分布數(shù)據(jù)處理方法，包括原始參數(shù)載入模塊、單元類型適應(yīng)性轉(zhuǎn)化模塊、邊界曲線擬合模塊、單元形函數(shù)計(jì)算模塊、模擬網(wǎng)格模塊、自由網(wǎng)格氣動力分配模塊、氣動力計(jì)算結(jié)果格式化輸出模塊。
所述的原始參數(shù)載入模塊，其作用在于：將葉片氣動力計(jì)算所涉及的截面半徑、氣流環(huán)量或周向速度、氣流軸向速度、溫度、氣體密度、靜壓、轉(zhuǎn)速等S2流場數(shù)據(jù)自動輸入并暫存，同時(shí)將葉片表面單元信息、葉片表面節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、進(jìn)排氣邊節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)等自由網(wǎng)格信息自動輸入并形成數(shù)據(jù)鏈表暫存。
所述的單元類型適應(yīng)性轉(zhuǎn)化模塊，其作用在于：將自由網(wǎng)格可能涉及的8節(jié)點(diǎn)四邊形面網(wǎng)格、4節(jié)點(diǎn)四邊形面網(wǎng)格和6節(jié)點(diǎn)三角形面網(wǎng)格統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為3節(jié)點(diǎn)三角形面網(wǎng)格，形成統(tǒng)一的信息存儲結(jié)構(gòu)和計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)。
所述的邊界曲線擬合模塊，其作用在于：將葉片進(jìn)、排氣邊的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)分別進(jìn)行多項(xiàng)式曲線擬合，根據(jù)節(jié)點(diǎn)數(shù)量自動判定多項(xiàng)式階數(shù)，最高不超過20階。
所述的單元形函數(shù)計(jì)算模塊，其作用在于：根據(jù)單元數(shù)據(jù)鏈表中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)信息，將自由網(wǎng)格單元中各節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的形函數(shù)參數(shù)分別按照3節(jié)點(diǎn)三角形單元或6節(jié)點(diǎn)等參數(shù)三角形單元計(jì)算獲取并在數(shù)據(jù)鏈表中暫存，計(jì)算自由網(wǎng)格的最小單元長度。
所述的模擬網(wǎng)格模塊，其作用在于：取自由網(wǎng)格最小單元長度的一半作為模擬網(wǎng)格的單元長度，同時(shí)設(shè)置防止單元長度過小的限制措施，根據(jù)氣動截面半徑、自由網(wǎng)格幾何邊界及模擬網(wǎng)格的單元長度確定規(guī)則化的模擬網(wǎng)格數(shù)量并構(gòu)建模擬網(wǎng)格；根據(jù)動量守恒定律及牛頓第三定律計(jì)算得到模擬網(wǎng)格對應(yīng)各流道控制體的氣動力，并通過平均分配的原則將其分配至對應(yīng)的模擬網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上。
所述的自由網(wǎng)格氣動力分配模塊，其作用在于：搜索模擬網(wǎng)格中的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)所在的自由網(wǎng)格單元，并通過單元的形函數(shù)將模擬網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)力轉(zhuǎn)換到自由網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上。
所述的氣動力計(jì)算結(jié)果格式化輸出模塊，其作用在于：將自由網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)力按照有限元軟件ANSYS的APDL程序格式輸出至存儲模塊和顯示模塊。