畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告：基于UG的渦輪空心葉片有限元應(yīng)力分析

目錄/提綱：……
2、13～2.26英語文獻(xiàn)翻譯查閱相關(guān)資料
2、27～3.18熟悉UG軟件，完成葉片實體模型建模
3、19～4.08應(yīng)用UG軟件，完成葉片結(jié)構(gòu)有限元模型建模
4、09～4.29完成葉片結(jié)構(gòu)的強度分析
4、30～5.20撰寫畢業(yè)論文
5、21～6.01論文評閱畢業(yè)答辯
1、開題完成后，由學(xué)院對開題報告進(jìn)行審核并匯總存檔
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大學(xué)本科生畢業(yè)論文開題報告

學(xué) 院 機電工程及自動化學(xué)院
年 級 2008級
學(xué)科專業(yè) 機械電子
設(shè)計題目 基于UG的渦輪空心葉片有限元
應(yīng)力分析
學(xué)位級別 本科
開題日期 2012年3月3日


1論文選題的依據(jù)
1.1課題的背景、意義
渦輪葉片是航空發(fā)動機的重要零部件，在運轉(zhuǎn)過程中承受極大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，葉片振動疲勞損傷是航空發(fā)動機中較為嚴(yán)重的問題。為進(jìn)行強度校核并對其壽命預(yù)測，建立精確的有限元模型和進(jìn)行準(zhǔn)確的有限元分析是必不可少的步驟。渦輪葉片造型比較復(fù)雜，在徑向、軸向都有扭曲，葉片前、后緣曲率變化劇烈，組成葉片的曲面都是不規(guī)則曲面，不能簡單的加以簡化，造型比較困難。UG軟件具有優(yōu)秀的曲面處理功能，在航空、航天、汽車、造船等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。本文就對應(yīng)用UG進(jìn)行渦輪葉片建模并有限元應(yīng)力分析做了探討，為后續(xù)的壽命預(yù)測工作和設(shè)計出更好的葉片奠定了基礎(chǔ)。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
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中國航空工業(yè)缺乏動力。而動力的缺乏，已經(jīng)嚴(yán)重制約了中國航空工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展和核心實力的提升。我們的殲10、殲11目前仍然使用俄制AL-31F渦扇發(fā)動機，F(xiàn)C-1“梟龍”使用的也是俄制RD-93發(fā)動機，新一代支線客機“翔鳳”使用的是美國通用電氣的發(fā)動機，而未來的大型運輸平臺，發(fā)動機也是制約項目進(jìn)程的重要因素。中國航空工業(yè)建立60年來，在許多方面取得了顯著成就，但在航空動力方面相對于航空發(fā)達(dá)國家卻依然差距較大，而這種差距在短期內(nèi)尚無法彌補。那么對于建立60年的中國航空工業(yè)，這種“心臟病”的原因究竟是怎樣形成的呢？
中國航空工業(yè)長期以來走的是仿制為主的發(fā)展道路，過去我們大量引進(jìn)蘇聯(lián)飛機型號和相關(guān)技術(shù)進(jìn)行仿制 ，其立足點是保證部隊的裝備規(guī)模和使用需求。由于蘇聯(lián)的援助和支持，當(dāng)時中國總是可以獲得較為先進(jìn)的航空主戰(zhàn)裝備及其發(fā)動機，這使得中國的航空工業(yè)成為一個仿制生產(chǎn)能力龐大，而自主研發(fā)實力薄弱的不合理構(gòu)架。長期以來，中國航空工業(yè)在仿制生產(chǎn)中積累了大量的經(jīng)驗，這些經(jīng)驗對于飛機機體的設(shè)計能力有很好的提升作用，但在航空發(fā)動機領(lǐng)域，仿制生產(chǎn)卻無法掌握發(fā)動機原理設(shè)計的初始概念，更無法掌握發(fā)動機研制所特有的發(fā)展規(guī)律和科學(xué)方法。中國航空發(fā)動機發(fā)展多以飛機型號工程作為牽引力，殊不知發(fā)動機的研發(fā)周期常常超越一型乃至幾型飛機的發(fā)展周期，結(jié)果往往是動力系統(tǒng)制約整個型號項目的進(jìn)展，“心臟病”的問題難以解決。現(xiàn)在中國的經(jīng)濟(jì)實力日益雄厚，但尖端的航空科技卻不是金錢所能買到的，擁有先進(jìn)航空發(fā)動機研發(fā)實力的航空強國，都深深地明白，航空發(fā)動機產(chǎn)業(yè)絕不僅僅是先進(jìn)飛機的動力系統(tǒng)，它是整個航空產(chǎn)業(yè)、國民經(jīng)濟(jì)、科技實力乃至國家綜合競爭力的最上游拉動力，它的戰(zhàn)略地位和價值，是絕對無法用金錢來衡量的。
2. 論文研究的內(nèi)容、方案
2.1研究內(nèi)容、方案
（1）幾何建模
葉冠、下緣板、伸根、榫頭部分的共同特點是都有幾何尺寸固定、形狀規(guī)則的二維輪廓，繪制完成各部分二維輪廓的草圖后，根據(jù)各部分限制面的位置確定三維實體的掃描距離，利用UG提供的拉伸功能構(gòu)造出該部分的三維實體模型。完成后利用UG中的布爾運算將各部分連接成為一體。
葉身部分在徑向、軸向都有扭曲，而且葉身的進(jìn)氣邊和出氣邊變化十分劇烈。葉身實體是由復(fù)雜曲面構(gòu)成，同時葉身表面質(zhì)量還有很高的要求。構(gòu)造的實體模型如果不理想，后對后續(xù)的有限元計算和壽命分析帶來致命的影響。葉身是葉片造型中最困難的部分。在葉片構(gòu)造中，共給出葉片13個不同截面上由測量得到的點云數(shù)據(jù)。葉身橫截面的點云數(shù)據(jù)給出了每個截面上葉盆截面線、葉背截面線的各個型值點的坐標(biāo)和進(jìn)出氣邊圓弧的圓心和半徑，由點云數(shù)據(jù)可以直接擬合到葉盆和葉背截面線。調(diào)整四段曲線應(yīng)該以調(diào)整進(jìn)排氣邊圓弧為主，保持圓弧曲線的半徑不變，適當(dāng)改變圓弧圓心的位置，使之與葉盆和葉背截面線相切，然后剪掉多余的線。調(diào)整完曲線以后，就可以構(gòu)造葉身的實體了，選擇過曲線成型法。通過一系列截面線，并且可以增加首尾的接觸約束形式來建立實體。
以葉冠底面、下緣板頂面為邊界將葉身多余部分剪掉，然后運用布爾運算將裁剪后的葉身、葉冠、下緣板、伸根、榫頭整合成一體。
（2）有限元應(yīng)力分析
為了能夠預(yù)測葉片的壽命，必須對葉片進(jìn)行應(yīng)力分析。葉片在工作中主要承受溫度不均勻引起的熱應(yīng)力、高轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的離心力，以及氣動彎矩、振動應(yīng)力等，本文僅對離心力產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行有限元分析。采用四面體4節(jié)點進(jìn)行網(wǎng)格劃分并得到等效應(yīng)力分布云圖。
2.2擬解決關(guān)鍵問題
（1）渦輪葉片的模型實體圖、有限元網(wǎng)格圖、應(yīng)力云圖、變形圖。
（2）渦輪葉片約束邊界模型圖。
（3）對計算結(jié)果的分析。
2.3條件分析
本課題用的主要設(shè)備有：筆記本電腦一臺（UG建模分析平臺）。
3．特色及創(chuàng)新點
本文的創(chuàng)新點是
針對實際工程結(jié)構(gòu)，完成3D幾何建模、網(wǎng)格劃分、強度分析。
4.論文達(dá)到的預(yù)期目標(biāo)與預(yù)期研究成果
本文預(yù)期達(dá)到的研究目標(biāo)是，完成渦輪葉片的幾何建模，并合理劃分網(wǎng)格，獨立完成工程結(jié)構(gòu)件的強度分析，并總結(jié)計算結(jié)果。
5.研究進(jìn)展和進(jìn)度安排
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