压气机作为发动机的增压部件，其增压比的提高可有效提升发动机的功率，为适应某型飞机动力提升的需要，开展某型航空发动机离心压气机的改进设计研究。高速旋转的压气机部件，其结构强度的满足是发动机可靠工作的前提。本文对改型压气机的轮盘进行结构强度有限元分析和优化，为该型压气机的改进设计提供了重要依据。
      应力计算需提取单独Von-mise应力，其选取设计准则为：辐板当量应力不大于许用屈服应力，即σeq，w≤［σ0.2］。根据盘心和盘身的工作环境温度，选取相应的许用屈服极限，取盘心许用屈服应力为795MPa，盘身许用屈服应力为595MPa。不考虑叶片的影响，基于轮盘的轴对称特性，采用PLANE183八节点平面单元，单元选项设置为轴对称。自由划分网格，有限元边界条件为叶盘一端约束轴向位移，并施加绕轴向的离心载荷，有限元模型如图1所示。
      利用ANSYS计算得到轮盘应力分布如图2所示，应力集中区局部应力如图3所示，盘心处应力如图4所示。
      由以上的计算结果可知，在凹槽1和尖锐2拐角处出现了应力集中，并且应力很大，都超过了1400MPa，同时两处应力集中点均处在高温区，强度条件不能满足。同时，盘心应力在不考虑叶片的前提下最大应力达到了660MPa，安全裕度在考虑叶片之后也会很小。因此轮盘初始设计不能满足强度要求，需要进行结构的改进和优化。
      单元，设置为轴对称，采用自由划分网格，有限元边界条件为轮盘一端约束轴向位移。利用ANSYS进行有限元计算，得到其Von-mise应力分布如图6所示。由图6可以看出，盘心处最大应力为643MPa，盘身处最大应力为586MPa，轮盘应力都已满足静强度要求，均小于相应温度下的许用屈服应力。
      考虑叶片的影响，建立改型叶盘的有限元模型，采用Solid185单元。边界条件为叶盘一端约束轴向位移，叶盘内孔约束周向位移。利用ANSYS，计算得到的叶盘各坐标方向（径向、周向、轴向）位移、合成位移（各最大位移及其位置如表1所示）和叶盘合Von-mise应力分布。
      本文在建立了某型发动机改型压气机模型的基础上，对其轮盘进行了初始结构强度分析得知，在凹槽1和尖锐2拐角处的强度条件不能满足，因此需要进行结构的改进和优化。优化后的轮盘，经单独强度校核和考虑叶片影响的叶盘变形及应力分析，其结果表明盘心和盘身的应力均满足静强度要求，从而为某型发动机的压气机的改进提供了重要参考。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！