(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 202211298978.1 (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 中国航发四川燃气涡轮 研究院 地址 610500 四川省成 都市新都区新都学 府路999号 (72)发明人 张国乾　李乐　黄维娜　李晓明　 沈莲　刘强　冯娇　周大庆　 高仁衡　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 窦雪龙 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G01N 3/08(2006.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 圆弧端齿结构转子破裂转速 评估方法 (57)摘要 本发明提供了一种圆弧端齿结构转子破裂 转速评估 方法， 包括以下步骤： 步骤一、 在基准转 速下采用三维模 型进行线弹性有限元分析， 得到 有限元结果； 步骤二、 根据步骤一的结果， 在应力 集中部位沿主应力梯度最大方向提取应力集中 部位各节点第一主应力、 温度及节点坐标； 步骤 三、 根据同批次解剖件不同温度下的取样测试数 据得到圆弧端齿工作温度下实测拉伸性能和实 测材料断裂韧性， 并确定特征长度； 步骤四、 根据 步骤三中确定的特征长度以及步骤二中的结果， 计算特征长度内的有效应力； 步骤五、 根据轮盘 实测拉伸性能数据与有效应力结果进行比较， 确 定破裂转速。 本发明预测精度较高且结果偏安 全， 能够满足工程应用。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115438553 A 2022.12.06 CN 115438553 A 1.一种圆弧端 齿结构转子破裂转速 评估方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一、 在基准 转速下采用三维模型进行线弹性有限元分析， 得到有限元 结果； 步骤二、 根据所述有限元结果， 在应力集中部位沿主应力梯度最大方向提取应力集中 部位各节点第一主应力、 温度及节点 坐标； 步骤三、 根据同批次解剖件不同温度 下的取样测试数据得到圆弧端齿工作温度 下实测 拉伸性能 和实测材 料断裂韧性 ， 并确定特 征长度L； 步骤四、 根据步骤三中确定的所述特征长度L以及所述步骤二中应力集中部位各节点 第一主应力、 温度及节点 坐标， 计算特 征长度L内的有效应力 ； 步骤五、 根据轮盘实测拉伸性能数据 与所述有效应力 结果进行比较， 确定破裂转 速。 2.根据权利要求1所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述步骤 二具体为： 分别在圆弧端齿齿根及螺栓孔第一主应力最大位置提取节点第一主应力、 温度 及节点坐标。 3.根据权利要求2所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述步骤 三具体为： 根据公式 确定特征长度L。 4.根据权利要求3所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述步骤 四包括： 步骤4.1、 对比应力集中部位局部点应力 与实测拉伸性能 大小， 当 时， 由公 式 计算特征长度L内的有效应力 。 5.根据权利要求4所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述步骤 四还包括： 步骤4.2、 对比应力集中部位局部点应力 与实测拉伸性能 大小， 当 时， 提高 转速并重复执 行所述步骤一至所述 步骤三。 6.根据权利要求5所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述步骤 五包括： 步骤5.1、 由轮 盘实测拉伸性能数据 与有效应力 结果进行比较， 当 时， 确定 此时的转速为应力集中部位的所述破裂转速 。 7.根据权利要求6所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述步骤 五还包括： 步骤5.2、 当 时， 继续提高转速并重复执 行所述步骤一至所述 步骤四。 8.根据权利要求1所述的圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 其特征在于， 所述圆弧 端齿结构转子破裂转速评估方法还包括步骤六， 所述步骤六具体为： 重复执行所述步骤一 至所述步骤五， 分别获得圆弧端齿齿根破裂转速及螺栓孔部位的破裂转速， 圆弧端齿结构 破裂转速为圆弧端 齿齿根破裂转速和螺 栓孔部位的破裂转速中的较小值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115438553 A 2圆弧端齿结构转子破裂转速 评估方法 技术领域 [0001]本说明书涉及航空发动机技术领域， 具体涉及一种圆弧端齿结构转子破裂转速评 估方法。 背景技术 [0002]先进航空发动机高压转子连接广泛采用圆弧端齿结构， 通过圆弧端齿传扭、 定心， 通过短螺栓连接传递轴向力， 而涡轮转子作为典型 的关键件， 一旦发生破裂通常会造成灾 难性后果， 为保证发动机的安全性和可靠性， 国、 内外相关标准均对轮盘提出了严格的破裂 转速设计要求， 且须通过试验验证其结构完整性。 目前， 涡轮转子破裂 设计要求主要集中于 盘体、 鼓筒、 轮缘凸块及挡板， 其破裂转速设计方法经大量的试验结果验证已相对成熟， 而 对于圆弧端 齿结构， 存在的主 要问题为： （1） 目前， 对于航空发动机圆弧端齿结构， 通常基于常规分析方法评估其强度储 备， 储备系数一般来源于国外相关标准， 而圆弧端齿 连接部位结构及载荷较复杂， 常规方法 有效性还有 待进一步验证； （2） 圆弧端齿根部及螺栓孔通常具有显著的应力集中现象， 与现有轮盘破裂设计 广泛应用的平均应力法中应力均匀性的假设不太相符， 导致按平均应力法确定的圆弧端齿 结构破裂转速误差较大且偏危险， 给使用带来 风险； （3） 现有轮盘破裂设计方法 中局部应力法和局部应变法能较好的表征圆弧端齿失 效模式， 但局部应力 法和局部应变法中材料本构模型是否恰当对其预测精度起关键作用， 由于通常缺少轮 盘的实际本构模型， 因此， 限制了该 方法的应用。 发明内容 [0003]有鉴于此， 本说明书实施例提供一种圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 以解 决现有技 术中圆弧端 齿结构破裂转速 评估方法误差较大且偏危险的问题。 [0004]本发明的技术方案是： 一种圆弧端齿结构转子破裂转速评估方法， 包括以下步骤： 步骤一、 在基准转速下采用三维模型进行线弹性有限元分析， 得到有限元结果； 步骤二、 根 据步骤一的结果， 在应力集中部位沿主应力梯度最大方向提取应力集中部位各节点第一主 应力、 温度及节点坐标； 步骤三、 根据同批次解剖件不同温度下的取样测试数据得到圆弧端 齿工作温度下实测拉伸性能 和实测材料断裂韧性 ， 并确定特征长度L； 步骤四、 根据 步骤三中确定的特征长度L以及步骤二中的结果， 计算特征长度L内的有效应力 ； 步骤五、 根据轮盘实测拉伸性能数据 与有效应力 结果进行比较， 确定破裂转速 。 [0005]进一步地， 步骤二具体为： 分别在 圆弧端齿齿根及螺栓孔第一主应力最大位置提 取节点第一主应力、 温度及节点 坐标。 [0006]进一步地， 步骤三具体为： 根据公式 确定特征长度L。说　明　书 1/4 页 3 CN 115438553 A 3