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涡轮增压器压气机叶片静态和动态特性研究及优化设计

作　者: 李娜
导　师: 丁彦闯
学　校: 大连交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 压气机叶片参数化驱动动态特性优化设计
分类号: TH45
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 376次
引　用: 8次
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内容摘要

增压器叶片是增压器中最重要的零部件之一，在高温高压下，承受离心力和气动力，以及振动、腐蚀、氧化等作用，工作环境十分恶劣，因此叶片故障时有发生，从这个意义上说，一台增压器性能的好坏取决于叶片性能的好坏与否。论文以某涡轮增压器的压气机叶片为研究对象，讨论了基于参数化驱动的压气机叶片的静态和动态特性的组合优化技术。以I-DEAS编程工具PRG的参数化驱动技术为平台，将压气机叶轮设计与分析中许多步骤自动集成，不仅提高了重分析效率，并为后续优化设计提供了参数化驱动基础。首先在I-DEAS中利用PRG的特点及关键技术给出了参数化驱动的数学模型，划分有限元网格，并且进行静强度分析。然后将I-DEAS中的模型导入ANSYS中，进行动态特性分析。最后将二者集成到iSIGHT软件中进行组合优化设计。论文以压气机叶片的厚度为变量，在保证叶片的流场特性基本不变的前提下，以压气机叶片的质量为目标函数，优化结果使叶片的质量减小了9.3％。论文所采用的方法适合叶轮机械的多学科组合优化，能够有效的实现考虑叶片的静强度和动态特性两方面因素的组合优化设计，对叶轮机械全方位评价和设计系统的发展具有很好的工程应用意义。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
绪论  7-11
第一章参数化驱动介绍  11-14
  1.1 参数化驱动的基本思想  11
  1.2 参数化驱动的数学模型  11-12
  1.3 I-DEAS内嵌的编程工具PRG  12-13
  本章小结  13-14
第二章压气机叶片的三维建模过程  14-25
  2.1 有限元法  14-16
    2.1.1 有限元的概念  14-15
    2.1.2 有限元法的发展历史  15
    2.1.3 有限元法的分析过程  15-16
  2.2 I—DEAS软件介绍  16-18
  2.3 实体建模技术简介  18-21
  2.4 压气机叶片的三维建模  21-24
    2.4.1 压气机的组成部分  21-22
    2.4.2 压气机的增压原理  22
    2.4.3 离心式压气机叶片的三维建模  22-23
    2.4.4 压气机叶片的参数化驱动  23-24
  本章小结  24-25
第三章叶片的静强度分析  25-33
  3.1 主要理论  25-30
    3.1.1 叶片离心拉应力计算  25-26
    3.1.2 叶片弯应力计算  26-30
  3.2 叶片的静强度分析  30-32
    3.2.1 叶片的有限元模型  30
    3.2.2 载荷的施加  30-31
    3.2.3 计算结果  31-32
  本章小结  32-33
第四章模态分析  33-44
  4.1 振动理论  33-34
  4.2 ANSYS软件简介  34-35
    4.2.1 ANSYS软件的主要功能  34
    4.2.2 网格划分方法  34-35
  4.3 ANSYS中静频和动频的计算  35-36
    4.3.1 静频和动频的概念  35
    4.3.2 ANSYS中静频和动频的计算  35-36
  4.4 叶片的模态分析  36-39
    4.4.1 有限元模型  36-37
    4.4.2 计算结果  37-39
  4.5 叶轮的模态分析  39-43
    4.5.1 叶轮的几何模型  39
    4.5.2 有限元模型  39-40
    4.5.3 计算结果  40-43
  本章小结  43-44
第五章压气机叶片的优化设计  44-56
  5.1 多学科优化方法简介  44-48
    5.1.1 实验设计方法  44-45
    5.1.2 响应面(RSM)近似建模法  45-47
    5.1.3 遗传算法(GA)全局搜索  47-48
    5.1.4 逐次二次规划法(SQP)局部寻优  48
  5.2 iSIGHT简介  48-50
  5.3 优化问题描述  50-51
  5.4 iSIGHT系统集成  51-55
  本章小结  55-56
第六章计算结果与分析  56-61
  6.1 计算结果  56-59
  6.2 结果分析  59-60
  本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-64
攻读硕士学位期间发表的学术论文  64-65
致谢  65

涡轮增压器压气机叶片静态和动态特性研究及优化设计

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