保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法

技术领域

本发明涉及叶片网格模型尺寸优化、敏感性分析领域，特别涉及一种保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法。

背景技术

在现有技术中，航空发动机涡轮叶片通常采用榫连接方式与涡轮盘配合，在离心力的作用下实现紧密结合。榫连接表面应力集中作用下的微动疲劳是榫头断裂失效的主要原因。

因此，在叶片的寿命评估、可靠性计算、尺寸公差制定等设计过程中，榫连接处配合平面的尺寸是必须考虑的一个重要因素。而目前关于榫连接处配合面尺寸的分析流程中，尺寸的调整是通过三维建模软件进行。然后，导入网格划分软件中重新划分网格，在得到修改好尺寸的网格模型后，导入有限元分析软件进行计算分析。

由于叶片模型的复杂性、有限元分析时建立接触对榫连接配合表面网格质量的严苛要求，每次在三维建模软件调整尺寸后，重新划分网格都将耗费巨大的人力、时间资源，严重影响了叶片设计效率。

航空发动机涡轮叶片与涡轮盘的连接方式通常为榫连接，榫头和榫槽平面的尺寸影响着榫连接配合面的压力分布特征，明确配合面尺寸对叶片可靠性、微动疲劳寿命的影响是制定配合面尺寸以及优化配合面的重要依据。

由于现有技术是在三维建模软件中对配合面的尺寸进行修改，然后导入网格划分软件重新划分网格。由于叶片模型的复杂性、有限元接触分析精度对接触面网格的严苛要求，导致每一次重新划分网格都会耗费大量的人力、时间以及计算资源。而且在寿命的可靠性分析、敏感性分析等过程中需要求解多种配合面尺寸下的应力应变分布数据，使得航空发动机叶片、涡轮盘的设计优化面临着重大挑战。

图1为平面调整区域的示意图。如图1所示，针对平面尺寸调整(见附图1，其中P_1∥P_2)需要重新划分网格导致效率低下的问题。

有鉴于此，针对榫连接处平面尺寸调整这一问题，本申请发明人设计了一种保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法。这一过程需要解决的技术问题包括：

(1)平面区域网格节点移动问题，如附图1中区域Ⅰ所示；

(2)倒角区域网格节点移动问题，如附图1中区域Ⅱ所示。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中叶片模型重新划分网格都将耗费巨大的人力、时间资源，严重影响了叶片设计效率等缺陷，提供一种保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法，其特点在于，所述平面网格模型尺寸调整方法包括以下步骤：

S

S

S

S

S

S

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

S

S

S

公式一为：

公式二为：

其中，

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

S

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

根据本发明的一个实施例，所述步骤S

本发明的积极进步效果在于：

本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法，适用于航空发动机叶片，可以通过切片方法移动平面邻近区域的节点，实现平面的尺寸调整，存在如下诸多优势：

一、实现平面尺寸的快速调整，不需要在三维建模软件中修改平面位置然后重新划分网格；

二、相比于网格拓扑方法，平面网格模型在调整尺寸后其倒角特征保持不变，满足工程图绘制及加工需求；

三、当平面不平整或者存在凸起、凹陷时，由于是切片内移动，因此仍能够实现平移；

四、在平面尺寸相关的敏感性、可靠性等分析中，仅需划分一次网格，提高了分析效率。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为平面调整区域的示意图。

图2为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法的流程图。

图3为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中切片方法平面网格模型尺寸示意图。

图4为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中区域I内切片内节点分布示意图。

图5为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中区域II内切片内节点分布示意图。

图6a为传统平面网格节点移动方法沿某个方向平移的示意图。

图6b为传统平面网格节点移动方法沿法线方向缩放的示意图。

图7a为原始椭圆孔网格模型的几何模型示意图。

图7b为原始椭圆孔网格模型的网格模型示意图。

图8a为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中坐标系建立及区域划分，待移动网格节点区域提取的示意图。

图8b为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中坐标系建立及区域划分，待移动网格节点的示意图。

图9a为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中变形前椭圆孔网格模型对比示意图。

图9b为本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法中变形后椭圆孔网格模型对比示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。

此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。

此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。

如图2至图5所示，本发明公开了一种保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法，其包括以下步骤：

步骤S

步骤S

步骤S

优选地，所述步骤S

步骤S

优选地，所述步骤S

所述步骤S

步骤S

优选地，其中步骤S

S

优选地，所述步骤S

所述步骤S

S

S

公式一为：

公式二为：

其中，

优选地，所述步骤S

S

步骤S

根据上述方法步骤的描述，本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法，当切片厚度h选择合适时，每个切片内都应能够得到属于待移动平面的节点，且这些点位于边界上，如图4中l

同时切片内还会存在其他节点，其中l

根据上述移动规则，切片Ⅰ内的节点n将按照如下公式移动：

公式一为：

其中，

由于边界点移动距离已知，其他节点根据边界节点的移动距离进行插值计算，所以当平面上存在其他凸起、凹陷或者平面不平整时仍能够实现整个表面的平移。移动完当前切片内节点后，若当前切片仍在区域Ⅰ内，则修改

对于区域Ⅱ，同样需要进行切片，获得切片内网格节点的坐标信息，但是移动的规则有所改变。为了防止网格畸变导致无法进行有限元分析，区域Ⅱ边界网格移动距离应为0，倒角与平面P

其中l

公式二为：

其中，

按照上式计算节点移动距离，即可实现在边界上移动为0、倒角与平面交线移动最大的目标。

如图6a和6b所示，传统网格拓扑方法是计算表面节点的法线方向，然后沿法线方向移动相同的距离，而这将导致倒角半径值发生改变。或者直接沿法线方向按照定值移动平面领域附近的节点，而这将导致倒角特征失效。上述这些传统方法能够移动平面网格节点，但将失去倒角特征，对于后续产品的设计及加工十分不利。

本申请相比于传统的网格拓扑方法，适用于航空发动机叶片，本申请的方法存在如下特点：

一、可以移动平面网格节点且倒角半径保持不变；

二、可以直接调整平面网格模型尺寸，对于像叶片这种复杂构形的模型可以大大减少敏感性分析等分析流程中网格重新划分的工作量；

三、为采用切片方法移动网格节点，当平面不平整或者存在其他凸起、凹陷等形状时仍可以实现平移。

本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法，基于网格的平面尺寸调整方法，通过移动网格节点，实现平面尺寸的调整。其能够在调整平面后保持平面两端的倒角特征不变，避免了重新划分网格导致的效率低下问题，实现了在叶片寿命评估、可靠性计算等有限元分析中仅需划分一次网格，大大提高了叶片设计效率。

综上所述，本发明保持倒角特征的平面网格模型尺寸调整方法，可以通过切片方法移动平面邻近区域的节点，实现平面的尺寸调整，存在如下诸多优势：

一、实现平面尺寸的快速调整，不需要在三维建模软件中修改平面位置然后重新划分网格；

二、相比于网格拓扑方法，平面网格模型在调整尺寸后其倒角特征保持不变，满足工程图绘制及加工需求；

三、当平面不平整或者存在凸起、凹陷时，由于是切片内移动，因此仍能够实现平移；

四、在平面尺寸相关的敏感性、可靠性等分析中，仅需划分一次网格，提高了分析效率。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。