(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211170674.7 (22)申请日 2022.09.23 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市碑林区友谊西 路127号 申请人 中国船舶重 工集团公司第七0三研 究所 (72)发明人 杨未柱　李涛　孙景国　陈昕杰　 李磊　岳珠峰　刘建军　王睿　 苑天宇　孙培杰　魏佳佳　古一帆　 (74)专利代理 机构 北京律智知识产权代理有限 公司 11438 专利代理师 阚梓瑄 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01)G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法 及特征模拟件 (57)摘要 本公开提供了一种涡轮叶片叶根尾缘的特 征模拟件设计方法及特征模拟件， 属于航空发动 机及燃气轮机技术领域。 该方法在构建叶身特征 段时通过变截面设计表现叶身的截面平均应力 随叶身高度的变化特征， 并且在构建叶根尾缘特 征段时结合几何特征以及其危险部位的应力、 应 变分布、 最大应力梯度等特征， 在简化设计、 降低 加工成本的同时， 能够准确模拟叶片局部的应力 集中情况， 有效避免涡轮叶片叶根尾缘的特征模 拟件在测试中的非目标区域损坏， 降低试验难度 的同时， 提高试验 有效性。 权利要求书2页 说明书13页 附图11页 CN 115408777 A 2022.11.29 CN 115408777 A 1.一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设计方法， 其特征在于， 所述涡轮叶片叶根尾 缘的特征模拟件 包括连接的叶身特 征段和叶根尾缘特 征段， 所述方法包括： 对涡轮叶片进行静强度分析获得第一分析 结果， 并获取 所述涡轮叶片的几何参数； 根据所述第 一分析结果统计所述涡轮叶片中叶身的第 一特征变化曲线， 并以所述第 一 特征变化曲线为设计目标设计变截面参数， 所述第一特征变化曲线用于表征所述叶身的截 面平均应力随叶身高度的变化特 征； 根据所述第一分析结果确定所述涡轮叶片中叶根尾缘的危险部位应力应变分布以及 应力梯度路径， 并根据所述危险部位应力应变分布、 所述应力 梯度路径、 所述几何参数设计 倒角参数； 根据所述变截面参数构建叶身特征段， 并根据所述倒角参数构建叶根尾缘特征段， 获 得所述涡轮叶片叶根尾缘的特 征模拟件的几何模型； 根据所述第 一分析结果对所述几何模型进行调 整， 并在第 二分析结果与所述第 一分析 结果满足预置 设计条件的情况下， 基于所述几何模型完成所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模 拟件的设计， 所述第二分析 结果通过对所述几何模型进行静强度分析获得。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述第 一分析结果统计所述涡轮 叶片中叶身的第一特征变化曲线， 并以所述第一特征变化曲线为设计目标设计变截面参 数， 包括： 将所述涡轮叶片中叶身沿叶身高度划分为两个以上区块； 根据所述第 一分析结果统计每个所述 区块内的单元平均应力， 作为所述 区块对应的截 面平均应力； 以所述区块对应的叶身高度为横轴， 所述截面平均应力为纵轴绘制所述第 一特征变化 曲线； 以所述第一特 征变化曲线为设计目标， 设计 变截面宽度随变截面高度的变化 率。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述第 一分析结果确定所述涡轮 叶片中叶根尾缘的危险部位应力应变分布以及应力 梯度路径， 并根据所述危险部位应力应 变分布、 所述应力梯度路径、 所述几何参数设计倒角参数， 包括： 根据所述第一分析 结果绘制所述涡轮叶片的应力云图； 根据所述应力云图在所述叶根尾缘中确定危险部位， 并获取所述危险部位中的危险部 位应力应 变分布以及最大应力； 在所述据所述应力云图上沿所述 最大应力的梯度方向确定应力梯度路径； 根据所述应力梯度路径绘制第 二特征变化曲线， 所述第 二特征变化曲线用于表征所述 应力梯度路径中最大应力的数值随路径长度的变化特 征； 根据所述危险部位应力应变分布、 所述几何参数， 以所述第二特征变化曲线为设计目 标设计所述倒角参数。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据所述第 一分析结果对所述几何模 型进行调整， 并在第二分析结果与所述第一分析结果满足预置设计条件的情况下， 基于所 述几何模型完成所述涡轮叶片叶根尾缘的特 征模拟件的设计， 包括： 对所述几何模型进行静强度分析获得第 二分析结果， 并比较所述第 一分析结果与 所述 第二分析 结果；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408777 A 2在所述第二分析结果与所述第 一分析结果不符合所述预置设计条件的情况下， 根据比 较结果调整所述几何模型， 并循环执 行上述步骤； 在所述第二分析结果与所述第 一分析结果符合所述预置设计条件的情况下， 基于所述 几何模型完成所述涡轮叶片叶根尾缘的特 征模拟件的设计。 5.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件还包 括第一夹持端、 过渡倒圆段和 第二夹持端， 所述根据所述变截面参数构建叶身 特征段， 并根 据所述倒角参数构建叶根尾缘特征段， 获得所述涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件的几何模 型， 包括： 设置第一截面； 将所述第一截面沿拉伸方向平行拉伸至第 二截面形成第 一矩形立方体， 并在所述第 一 矩形立方体的中心开设销钉孔， 形成第一夹持端； 在所述第二截面上设置第 三截面， 并将所述第 三截面沿所述拉伸方向平行拉伸至第四 截面， 形成第二矩形立方体， 所述第二矩形立方体的厚度小于所述第一矩形立方体的厚度； 在所述第二矩形立方体的棱边以滚球进行滚球倒圆形成倒圆棱边， 获得所述叶根尾缘 特征段， 所述第三截面、 所述第四截面、 所述滚球根据所述倒角参数设置； 将所述第四截面沿所述拉伸方向根据 所述变截面参数扫 掠至第五截面， 获得所述叶身 特征段； 以所述第五截面为基准沿所述拉伸方向绘制过渡倒圆草图， 并根据所述过渡倒圆草图 将所述第五截面拉伸至第六截面形成所述过渡倒圆段； 将所述第六截面沿所述拉伸方向平行拉伸至第七截面形成第 三矩形立方体， 并在所述 第三矩形立方体的中心开设销钉孔， 形成第二夹持端。 6.一种涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件， 其特征在于， 所述涡轮叶片叶根尾缘的特征 模拟件包括连接的叶根尾缘特 征段和叶身特 征段； 所述叶根尾缘特征段用于通过倒角结构模拟涡轮叶片中叶根尾缘处倒角位置的应力 分布特征； 所述叶身特征段用于通过变截面模拟涡轮叶片中叶身的截面平均应力随叶身高度的 变化特征。 7.根据权利要求6所述的涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件， 其特征在于， 所述涡轮叶片 叶根尾缘的特征模拟件还包括第一夹持端、 过渡倒圆段和第二夹持端， 所述第一夹持与所 述叶根尾缘特征段连接， 所述过渡倒圆段与所述叶身特征段连接， 所述第二夹持端与所述 过渡倒圆段连接， 所述第一夹持端的厚度大于所述叶根尾缘特征段、 所述叶身 特征段、 所述 过渡倒圆段以及所述第二夹持端的厚度； 所述第一夹持端为矩形立方体结构。 8.根据权利要求7所述的涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件， 其特征在于， 所述涡轮叶片 叶根尾缘的特征模拟件通过权利要求1至5任一所述的涡轮叶片叶根尾缘的特征模拟件设 计方法得到 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408777 A 3