论文摘要：高负荷轴流压气机叶盘结构强度一体化设计

本文主要针对高负荷组合轴流组合压气机的两项关键技术：弯掠叶片和串列叶盘，这两种新的气动布局的强度和振动问题进行深层次的分析。重点针对弯掠叶片结构强度一体化设计以及串列叶盘结构动力特性开展研究工作。

遵循研究问题由一般到特殊的研究思路，首先针对一般叶片，采用一维梁理论，建立静强度力学模型，以截面力学性能为媒介，研究叶片结构参数对应力分布的影响规律，为叶片结构强度一体化设计提供指导。进而，采用有限元法，验证上述一般规律是否适用于小展弦比复合弯掠叶片，发现结构参数对截面受载的影响具有普适性，而小展弦比叶片截面受载对截面应力分布的影响规律则具有特殊性。

将叶片积叠方式作为结构设计的自变量，实现弯掠叶片的参数化建模，为适应优化设计的迭代要求，发展了一种能够自动更新的叶片有限元结构化网格模化方法。基于Voronoi图的自然邻点插值法，编制了高稳定性的气动载荷插值程序，可高效的完成流场分析结果向结构静强度计算中气动载荷的自动转换。并将子模型思想引入叶根边界条件力学等效处理，采用遗传算法建立了基于叶片积叠线设计的自动优化方法。通过某高负荷弯掠叶片的工程实例应用，验证了优化方法的可行性和有效性，相对于初始设计，积叠线设计可以有效地改善叶片应力分布，应力幅值下降8.9%，使其满足静强度设计要求。

对于串列叶盘，由于是一种全新的叶盘结构型式，其所具有的动力特性以及设计标准都属于新的探索。首先，根据振动模态在各子结构聚集程度及应变能的聚集程度，分别给出串列叶盘模态定性和定量的分类方法；进而，利用固有频率曲线和节径-频率曲线定性研究串列叶盘结构的模态频率和振型；最后，对比分析激振力的大小、阶次、频率、级间相位延迟等因素对振动稳态响应大小的影响规律。

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