基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

WASPCN1971

基于近似的涡轮冷却叶片外形多学科设计优化

WASPCN1971

【作者】 虞跨海； 王金生； 杨茜； 岳珠峰；

【Author】 YU Kuahai1 WANG Jinsheng2 YANG Xi3 YUE Zhufeng4(1.School of Architecture Engineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471003; 2.Beijing Institute of Machinery Equipment,Beijing 100854; 3.School of Materials Science and Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072; 4.Department of Mechanics Engineering,Northwestern Polytechnical University,Xi’an 710072)

【机构】 河南科技大学规划与建筑工程学院； 北京机械设备研究所； 西北工业大学材料学院； 西北工业大学工程力学系；

【摘要】 研究多学科耦合作用下的复杂结构快速设计优化技术,解决了涡轮冷却叶片设计优化的高设计成本和数值噪声问题。函数解析与特征造型方法结合造型软件二次开发技术,实现了涡轮冷却叶片几何模型参数化及自动造型;流热耦合分析方法得到准确的气动与传热结果,通过保持与流热耦合分析模型网格节点的一致,将温度、压力等载荷信息精确传递到振动和强度分析模型;根据强度分析结果,采用经验公式方法预测叶片蠕变寿命,实现涡轮冷却叶片的多学科分析。以涡轮叶片叶尖和叶根两个外形截面18个设计参数为变量;优化拉丁超立方方法采样建立样本空间,利用Kriging函数构造快速分析模型;以叶身温度、总压损失和重量最小为优化目标,以共振裕度、应力、寿命和最大变形量为约束,建立高维、非线性设计空间下复杂涡轮冷却叶片涉及气动、传热、强度、振动和寿命等多个学科的多目标设计优化系统,最终实现叶片外形的设计优化,提高叶片的综合性能。

【关键词】 涡轮冷却叶片； 多学科设计优化； 流热耦合； 近似模型； 多目标；
【基金】 国家高技术研究发展计划(863计划,2009AA04Z418);西北工业大学凝固国家重点实验室开放课题(SKLSP201008);河南科技大学博士科研启动基金资助项目