高压涡轮机匣典型结构热固耦合优化设计

摘要

发动机机匣设计中，主要依靠恰当的机匣结构和冷却流路设计来控制转子部件和机匣的径向位移，从而达到控制叶尖间隙的目的。机匣典型结构的优化设计是机匣结构设计中必不可少的一环。
　　本文针对高压涡轮机匣轴对称模型热固耦合单目标以及多目标优化设计方法进行了研究，主包括以下三个方面的内容：
　　（1）采用实验技术对高压涡轮机匣热固耦合分析方法进行验证，搭建相应试验台，获得模拟机匣热变形以及温度分布。针对实验工况下的模拟机匣进行热固耦合有限元分析，并对试验实测变形量和仿真变形量进行对比，结果表明：文中高压涡轮机匣热固耦合分析方法得到的温度及热变形精度基本符合工程应用要求。
　　（2）建立基于UG表达式文件EXP驱动的高压涡轮机匣轴对称参数化模型，针对高压涡轮机匣轴对称参数化模型进行了热固耦合有限元分析，并对结构参数进行了灵敏度分析，基于灵敏度分析结果开展了高压涡轮机匣轴对称模型热固耦合单目标及多目标优化设计，优化结果表明：经过单目标优化之后，挂钩处径向平均位移值减小9.85％；经过多目标优化后机匣等效质量减轻4.54%，挂钩处径向平均位移值减小8.90%；跟单目标优化设计法相比，多目标优化设计更符合航空发动机设计需要。
　　（3）采用响应面模型、人工神经网络模型以及Kriging模型构建了高压涡轮机匣热固耦合优化近似模型，对近似模型设置参数与预测精度之间关系进行研究，并利用近似模型对高压涡轮机匣模型进行了近似优化，结果表明：应用的三种近似模型均能够达到实际模型的优化效果，单目标优化选择基于径向基函数的人工神经网络模型（RBF），多目标优化选择总误差最小的响应面模型（RSM）。

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注释表

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 高压涡轮机匣典型结构

1.4 本文的主要研究工作

第二章 高压涡轮机匣热固耦合分析方法验证实验

2.1 热固耦合分析方法

2.2热固耦合分析方法验证实验方案设计

2.3 实验步骤

2.4 实验实测数据

2.5 试验件有限元分析

2.6 实验数据与有限元结果对比分析

2.7 本章小结

第三章 高压涡轮机匣轴对称模型热固耦合优化设计

3.1 UG参数化建模方法

3.2 多学科联合仿真优化设计

3.3 高压涡轮机匣轴对称模型热固耦合分析

3.4 优化策略

3.5 参数化模型建立

3.6 高压涡轮机匣轴对称模型单目标优化设计

3.7 高压涡轮机匣轴对称模型多目标优化设计

3.8 本章小结

第四章 高压涡轮机匣轴对称模型热固耦合优化设计近似建模

4.1 近似模型

4.2 近似模型预测精度

4.3 高压涡轮机匣轴对称模型热固耦合优化近似建模

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 主要工作及结论

5.2 今后研究方向

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文

附录