航空发动机三维单晶涡轮叶片的多学科设计优化

摘要

本文基于多学科设计优化软件iSIGHT，对航空发动机三维单晶实心涡轮叶片的外形进行了多学科设计优化。文章实现了经典多学科设计优化方法；比较了两种叶片的参数化建模方法，并分别进行编程实现；分别采用相应学科的软件及程序批处理完成了叶片各学科性能分析；分别采用直接插值法和自由网格变形技术实现了学科间的载荷传递及变形传递；在实现叶片多学科设计优化流程的基础上，建立起了一个多学科设计优化的系统平台。

目录

文摘

英文文摘

1引言

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究状况及进展

1.3本文研究内容

2涡轮叶片的造型及学科分析

2.1三维涡轮叶片的参数化建模

2.1.1五次多项式型线法

2.1.2中弧线截面法

2.2涡轮叶片的气动模拟

2.3涡轮叶片的传热、强度、振动及疲劳分析

2.3.1传热理论公式

2.3.2强度分析

2.3.3疲劳寿命分析

2.3.4振动分析

2.4多学科解耦问题的提出

3多学科设计优化理论

3.1多学科设计优化的定义

3.2多学科设计优化研究特色及难点

3.3多学科设计优化的研究内容及研究模式

3.4多学科设计优化方法表述

3.4.1多学科可行设计优化

3.4.2单学科可行设计优化

3.4.3协作优化方法

3.4.4并行子空间优化方法

3.4.5两级集成系统整合方法

4 MDF在涡轮叶片设计优化中的应用

4.1与传统设计方法的比较

4.2优化模型的建立

4.2.1优化数学模型的建立

4.2.2设计变量的选取

4.2.3目标函数的选取

4.2.4约束条件的选择

4.3气动、传热及结构三学科解耦

4.3.1学科间载荷传递

4.3.2学科间变形传递

4.3.3学科间解耦

4.4多学科优化算法——组合优化策略

4.4.1试验设计(DOE)探索解空间

4.4.2多岛遗传算法(MIGA)全局搜索

4.4.3序列二次规划法(SQP)局部寻优

4.5软件实现

4.5.1 iSIGHT

4.5.2 NUMECA

4.5.3 ANSYS

5涡轮叶片设计优化实例

5.1涡轮叶片多学科可行设计优化

5.1.1学科分析及结果

5.1.2正交试验设计及结果

5.1.3设计优化问题结果

5.2参数设计

5.2.1协同分析

5.2.2可靠性分析

5.2.3稳健设计

5.2.4维修性及其它

6结论及工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

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