(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 202211244138.7 (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 洪亮　黄维娜　李晓明　陈静　 曾亚未　饶云松　沈莲　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 窦雪龙 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 具有三维特性的整机二维外部载荷及变形 仿真方法 (57)摘要 本发明提供了一种具有三维特性的整机二 维外部载荷及变形仿真方法， 包括以下步骤： 步 骤一、 建立具有三维特性的二维平面单元； 步骤 二、 对待测物周向不连续结构进行 非对称结构质 量等效； 步骤三、 对待测物周向不连续结构进行 非对称结构刚度等效； 步骤四、 通过设定的刚度 模块矩阵对连接刚度进行模拟； 步骤五、 根据步 骤一至步骤四的结果建立整机准三维模型， 并对 建模精度进行验证。 本发明能克服目前整机一维 方法结构过于简化， 三维设计收敛速度慢等缺 点， 可为发动机提供高效可信的载荷及变形输 入， 提高设计迭代效率。 权利要求书1页 说明书8页 附图2页 CN 115329505 A 2022.11.11 CN 115329505 A 1.一种具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤一、 建立具有三维特性的二维平面单 元； 步骤二、 对待测物周向不连续结构进行非对称结构质量 等效； 步骤三、 对待测物周向不连续结构进行非对称结构刚度等效； 步骤四、 通过设定的刚度模块矩阵对连接刚度进行模拟； 步骤五、 根据所述步骤一至所述步骤四的结果建立整机准三维模型， 并对建模精度进 行验证。 2.根据权利要求1所述的具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方法， 其特征 在于， 所述步骤一具体为： 基于傅里叶展开方法， 将二 维平面在空间进 行展开以建立具有三 维特性的二维平面单 元。 3.根据权利要求2所述的具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方法， 其特征 在于， 所述步骤二具体为： 通过公式 对待测物周向不连续结构进行非 对称结构质量等效， 其中， V实 际为周向不连续结构的实际体积； V转换为周向不连续结构假定成 轴对称结构所转换模拟出的体积， ρ转换为待测物周向不连续结构进 行非对称结构质量等效， ρ实 际为实际材 料的密度。 4.根据权利要求3所述的具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方法， 其特征 在于， 所述步骤三具体为： 根据所述待测物是否具有传递扭矩的特性选择不同的平面柔度 矩阵， 并进行非对称结构刚度等效。 5.根据权利要求4所述的具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方法， 其特征 在于， 所述步骤五具体为： 建立整机准三维模型后， 同步建立三维实体保真模型， 通过三维 实体保真模型对整机准 三维模型的外 部载荷及整机变形精度进行验证。 6.根据权利要求5所述的具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方法， 其特征 在于， 所述 步骤五中， 当整机准 三维模型外 部载荷计算 误差在10%以内时， 验证合格。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115329505 A 2具有三维特性的整机 二维外部载荷及变形仿真方 法 技术领域 [0001]本说明书涉及航空发动机技术领域， 具体涉及一种具有三维特性的整机二维外部 载荷及变形仿真方法。 背景技术 [0002]航空发动机是一种转子 ‑支承‑机匣耦合的动力机械， 结构复杂、 零部件繁多。 而整 机机动变形及整机机动载荷的分析是发动机设计阶段必须提供的数据， 要开展相应分析则 必须建立整机模型。 但整机 建模工作量大， 设计阶段总体结构经常更改， 若能建立一种高效 且保真的建模技术， 可以为快速进行整机级的载荷及变形分析提供支撑， 具有重要的工程 价值。 [0003]目前， 整机分析中常采用一维模型进行机动载荷分析， 该方法作为经典的整机建 模方法已比较成熟， 在大量发动机的设计中已进行了应用。 但该方法对整机细节结构进行 了太多简化， 不利于整机细节变形的描述。 并其部件间的连接仅能是刚性连接， 无法考虑连 接刚度的影响。 该 方法虽然计算效率很高， 但牺牲了 很多细节结构及一定的分析精度。 [0004]目前许多学者也开展了大量的整机三维模型建模方法研究， 提出了基于三维模型 的许多先进建模方法， 如 “超模型”， 该模型能真实反映发动机的结构特性， 但计算过程中会 产生大量的运算数据， 对计算资源消耗大、 运算效率低， 且设计初期往往缺少整机三维模 型， 因此不 适用于工程设计初期。 [0005]相比整机一维模型和超模型， 二维模型兼具结构细节与求解分析速度的优势， 因 此得到了较好的工程应用， 特别是在盘类零件设计中， 得到了广泛的验证。 但是常规二 维模 型为轴对称单元， 对于重力过载等非对称载荷及局部安装节等非对称约束难以正确模拟。 另外， 发动机中还存在着叶片及支板等大量非对称结构， 二维模型在模拟非对称结构时也 存在着很大困难。 若能改进二 维模型的缺点， 使其具有准三 维的特性， 则可方便 设计师在发 动机设计初期就对整机振动及强度问题开展优化设计， 提高发动机在实际使用过程中的可 靠性。 发明内容 [0006]有鉴于此， 本说明书实施例提供一种具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿 真方法， 以解决达 到提高发动机可靠性的目的。 [0007]本发明的技术方案如下： 一种具有三维特性的整机二维外部载荷及变形仿真方 法， 包括以下步骤： 步骤一、 建立具有三维特性的二维平面单 元； 步骤二、 对待测物周向不连续结构进行非对称结构质量 等效； 步骤三、 对待测物周向不连续结构进行非对称结构刚度等效； 步骤四、 通过设定的刚度模块矩阵对连接刚度进行模拟； 步骤五、 根据步骤一至步骤四的结果建立整机准三维模型， 并对建模精度进行验说　明　书 1/8 页 3 CN 115329505 A 3