毕业论文(设计)开题报告：基于UG的涡轮空心叶片有限元应力分析

目录/提纲：……
2、13～2.26英语文献翻译查阅相关资料
2、27～3.18熟悉UG软件，完成叶片实体模型建模
3、19～4.08应用UG软件，完成叶片结构有限元模型建模
4、09～4.29完成叶片结构的强度分析
4、30～5.20撰写毕业论文
5、21～6.01论文评阅毕业答辩
1、开题完成后，由学院对开题报告进行审核并汇总存档
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大学本科生毕业论文开题报告

学 院 机电工程及自动化学院
年 级 2008级
学科专业 机械电子
设计题目 基于UG的涡轮空心叶片有限元
应力分析
学位级别 本科
开题日期 2012年3月3日


1论文选题的依据
1.1课题的背景、意义
涡轮叶片是航空发动机的重要零部件，在运转过程中承受极大的机械应力和热应力，叶片振动疲劳损伤是航空发动机中较为严重的问题。为进行强度校核并对其寿命预测，建立精确的有限元模型和进行准确的有限元分析是必不可少的步骤。涡轮叶片造型比较复杂，在径向、轴向都有扭曲，叶片前、后缘曲率变化剧烈，组成叶片的曲面都是不规则曲面，不能简单的加以简化，造型比较困难。UG软件具有优秀的曲面处理功能，在航空、航天、汽车、造船等领域均有广泛应用。本文就对应用UG进行涡轮叶片建模并有限元应力分析做了探讨，为后续的寿命预测工作和设计出更好的叶片奠定了基础。
1.2国内外研究现状
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略790字，正式会员可完整阅读）……　
中国航空工业缺乏动力。而动力的缺乏，已经严重制约了中国航空工业的进一步发展和核心实力的提升。我们的歼10、歼11目前仍然使用俄制AL-31F涡扇发动机，FC-1“枭龙”使用的也是俄制RD-93发动机，新一代支线客机“翔凤”使用的是美国通用电气的发动机，而未来的大型运输平台，发动机也是制约项目进程的重要因素。中国航空工业建立60年来，在许多方面取得了显著成就，但在航空动力方面相对于航空发达国家却依然差距较大，而这种差距在短期内尚无法弥补。那么对于建立60年的中国航空工业，这种“心脏病”的原因究竟是怎样形成的呢？
中国航空工业长期以来走的是仿制为主的发展道路，过去我们大量引进苏联飞机型号和相关技术进行仿制 ，其立足点是保证部队的装备规模和使用需求。由于苏联的援助和支持，当时中国总是可以获得较为先进的航空主战装备及其发动机，这使得中国的航空工业成为一个仿制生产能力庞大，而自主研发实力薄弱的不合理构架。长期以来，中国航空工业在仿制生产中积累了大量的经验，这些经验对于飞机机体的设计能力有很好的提升作用，但在航空发动机领域，仿制生产却无法掌握发动机原理设计的初始概念，更无法掌握发动机研制所特有的发展规律和科学方法。中国航空发动机发展多以飞机型号工程作为牵引力，殊不知发动机的研发周期常常超越一型乃至几型飞机的发展周期，结果往往是动力系统制约整个型号项目的进展，“心脏病”的问题难以解决。现在中国的经济实力日益雄厚，但尖端的航空科技却不是金钱所能买到的，拥有先进航空发动机研发实力的航空强国，都深深地明白，航空发动机产业绝不仅仅是先进飞机的动力系统，它是整个航空产业、国民经济、科技实力乃至国家综合竞争力的最上游拉动力，它的战略地位和价值，是绝对无法用金钱来衡量的。
2. 论文研究的内容、方案
2.1研究内容、方案
（1）几何建模
叶冠、下缘板、伸根、榫头部分的共同特点是都有几何尺寸固定、形状规则的二维轮廓，绘制完成各部分二维轮廓的草图后，根据各部分限制面的位置确定三维实体的扫描距离，利用UG提供的拉伸功能构造出该部分的三维实体模型。完成后利用UG中的布尔运算将各部分连接成为一体。
叶身部分在径向、轴向都有扭曲，而且叶身的进气边和出气边变化十分剧烈。叶身实体是由复杂曲面构成，同时叶身表面质量还有很高的要求。构造的实体模型如果不理想，后对后续的有限元计算和寿命分析带来致命的影响。叶身是叶片造型中最困难的部分。在叶片构造中，共给出叶片13个不同截面上由测量得到的点云数据。叶身横截面的点云数据给出了每个截面上叶盆截面线、叶背截面线的各个型值点的坐标和进出气边圆弧的圆心和半径，由点云数据可以直接拟合到叶盆和叶背截面线。调整四段曲线应该以调整进排气边圆弧为主，保持圆弧曲线的半径不变，适当改变圆弧圆心的位置，使之与叶盆和叶背截面线相切，然后剪掉多余的线。调整完曲线以后，就可以构造叶身的实体了，选择过曲线成型法。通过一系列截面线，并且可以增加首尾的接触约束形式来建立实体。
以叶冠底面、下缘板顶面为边界将叶身多余部分剪掉，然后运用布尔运算将裁剪后的叶身、叶冠、下缘板、伸根、榫头整合成一体。
（2）有限元应力分析
为了能够预测叶片的寿命，必须对叶片进行应力分析。叶片在工作中主要承受温度不均匀引起的热应力、高转速产生的离心力，以及气动弯矩、振动应力等，本文仅对离心力产生的应力进行有限元分析。采用四面体4节点进行网格划分并得到等效应力分布云图。
2.2拟解决关键问题
（1）涡轮叶片的模型实体图、有限元网格图、应力云图、变形图。
（2）涡轮叶片约束边界模型图。
（3）对计算结果的分析。
2.3条件分析
本课题用的主要设备有：笔记本电脑一台（UG建模分析平台）。
3．特色及创新点
本文的创新点是
针对实际工程结构，完成3D几何建模、网格划分、强度分析。
4.论文达到的预期目标与预期研究成果
本文预期达到的研究目标是，完成涡轮叶片的几何建模，并合理划分网格，独立完成工程结构件的强度分析，并总结计算结果。
5.研究进展和进度安排
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