用于葉片的有限元單元劃分方法和葉片的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程強度設(shè)計和檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于葉片的有限元單元劃分方法和葉片的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葉片包括軸流風(fēng)扇葉片、壓氣機葉片、離心葉片和軸流渦輪葉片等，均屬于不規(guī)則造型，因此設(shè)計葉片時需要配合有限元分析來對葉片進行檢測。
[0003]現(xiàn)有的有限元分析將待分析的結(jié)構(gòu)分割為多個如圖1所示的10節(jié)點4面體的有限元單元，該單元的劃分過程較簡單，但根據(jù)該有限元單元進行的計算誤差較大，不適合用于葉片結(jié)構(gòu)分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于提供一種用于葉片的有限元單元劃分方法和葉片的檢測方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的10節(jié)點4面體的有限元單元不適合劃分葉片的網(wǎng)格問題。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于葉片的有限元單元劃分方法，葉片包括葉盆面和葉背面，有限元單元劃分方法包括:步驟SOl:沿葉片的高度方向取得葉片的多個截面，每個截面均包括位于葉背面上的葉背葉形點集和位于葉盆面上的葉盆葉形點集，在葉盆葉形點集上按順序取多個第一點，在葉背葉形點集上按順序取多個第二點，在各個截面所取的第一點和第二點的數(shù)量相同，在葉背葉形點集上所取的第二點和在葉盆葉形點集上所取的第一點的數(shù)量也相同；步驟S02:連接各個葉盆葉形點集上對應(yīng)的一組第一點形成位于葉盆上的一條第一葉高樣條曲線，分別連接葉盆葉形點集上的每組對應(yīng)的第一點以得到多條第一葉高樣條曲線；連接各個葉背葉形點集上對應(yīng)的一組第二點形成位于葉背上的一條第二葉高樣條曲線，分別連接葉背葉形點集上的每組對應(yīng)的第二點以得到多條第二葉高樣條曲線；步驟S03:在每個第一葉高樣條曲線上取多個第一葉高輔助點，在每個第二葉高樣條曲線上取多個第二葉高輔助點；步驟S04:沿葉片的寬度方向連接對應(yīng)的一組第一葉高輔助點以得到一條第一葉寬樣條曲線，分別連接每組對應(yīng)的第一葉高輔助點以得到多條第一葉寬樣條曲線；沿葉片的寬度方向連接對應(yīng)的一組第二葉高輔助點以得到一條第二葉寬樣條曲線，分別連接每組對應(yīng)的第二葉高輔助點以得到多條第二葉寬樣條曲線；步驟S05:在每個第一葉寬樣條曲線上取多個第一葉寬輔助點，在每個第二葉寬樣條曲線上取多個第二葉寬輔助點；步驟S06:連接對應(yīng)的第一葉寬輔助點和第二葉寬輔助點，得到多個沿葉片的厚度方向的葉厚樣條線作為單元厚度邊；步驟S07:在每個葉厚樣條線上取多個結(jié)構(gòu)點作為網(wǎng)格節(jié)點；步驟S08:取多個網(wǎng)格節(jié)點，構(gòu)成一個六面體，形成一個有限元單元，將葉片劃分為多個相連接的有限元單元。
[0006]進一步地，步驟S08還包括:由位于葉盆面上的起始位置的網(wǎng)格點開始，沿葉片的寬度方向連接相鄰的多個網(wǎng)格節(jié)點，從連接的最后一個結(jié)網(wǎng)格節(jié)點開始，沿葉片的高度方向連接相鄰的多個網(wǎng)格節(jié)點；再由位于葉盆面上的起始位置的網(wǎng)格節(jié)點開始，沿葉片的高度方向連接相鄰的多個網(wǎng)格節(jié)點，從連接的最后一個網(wǎng)格節(jié)點開始，沿葉片的寬度方向連接相鄰的多個網(wǎng)格節(jié)點，構(gòu)成一個第一四邊形，第一四邊形的每個角均具有一個網(wǎng)格節(jié)點；由每個位于第一四邊形的四個角的網(wǎng)格節(jié)點開始，沿葉片的厚度方向連接相鄰的多個網(wǎng)格節(jié)點，構(gòu)成一個六面體，六面體具有與第一四邊形對應(yīng)的第二四邊形；連接第二四邊形的每個棱邊上的全部的網(wǎng)格節(jié)點，以形成一個有限元單元。
[0007]進一步地，步驟S03還包括:確定葉片的高度方向需要劃分的有限元單元個數(shù)為NH，則在每個葉高樣條曲線上取的葉高輔助點的個數(shù)為2NH+1。
[0008]進一步地，步驟S03還包括:采用樣條插值法在每個葉高樣條曲線上取多個葉高輔助點。
[0009]進一步地，步驟S05還包括:確定葉片的寬度方向需要劃分的有限元單元個數(shù)為NW，則在每個葉寬樣條曲線上取的葉寬輔助點的個數(shù)為2NW+1。
[0010]進一步地，步驟S05還包括:采用樣條插值法在每個葉寬樣條曲線上取多個葉寬輔助點。
[0011]進一步地，步驟S07還包括:確定葉片的厚度方向需要劃分的有限元單元個數(shù)為NT,則在每個葉厚樣條線上取的結(jié)構(gòu)點的個數(shù)為2NT+1。
[0012]進一步地，步驟S07還包括:采用樣條插值法在每個葉厚樣條線上取多個結(jié)構(gòu)點。
[0013]可替換地，步驟S07還包括:在每個葉厚樣條線上取三個結(jié)構(gòu)點，分別位于葉厚樣條線的兩端和中點處，其中位于葉厚樣條線的兩端的兩個結(jié)構(gòu)點分別與第一葉寬輔助點和第二葉寬輔助點重合。
[0014]進一步地，步驟S09還包括:每個有限元單元均是一個由20個網(wǎng)格節(jié)點構(gòu)成的六面體，包括8個頂點和12個棱邊中點。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種葉片的檢測方法，包括對葉片進行有限元分析，對葉片進行有限元分析包括采用上述的用于葉片的有限元單元劃分方法對葉片進行有限元單元劃分。
[0016]進一步地，對葉片進行有限元分析包括對葉片進行強度校核和/或幾何構(gòu)型校核。
[0017]采用本發(fā)明提供的有限元單元劃分方法能夠根據(jù)葉片的長度、寬度和厚度三個特征劃分出20節(jié)點6面體的有限元單元，從而能夠更好的模擬葉片的結(jié)構(gòu)，對該有限元單元模擬的葉片的受力及形變分析也更加準(zhǔn)確，貼近葉片的真實情況，更有利于工程人員及時發(fā)現(xiàn)葉片的缺陷，進而及時改進。
【附圖說明】
[0018]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0019]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的10節(jié)點4面體的有限元單元示意圖；
[0020]圖2示出了本發(fā)明中的20節(jié)點6面體的有限元單元示意圖；
[0021]圖3示出了本發(fā)明中的有限元單元劃分方法的步驟S02中取第一點和第二點的示意圖；
[0022]圖4示出了本發(fā)明中的有限元單元劃分方法的步驟S02中做葉高樣條曲線的示意圖；
[0023]圖5示出了本發(fā)明中的有限元單元劃分方法的步驟S08中將葉片劃分為多個相連接的有限元單元的示意圖；
[0024]圖6示出了本發(fā)明中的有限元單元劃分方法中的樣條插值法的示意圖；
[0025]圖7A示出了本發(fā)明中的壓氣機離心葉輪葉片劃分為有限元單元的示意圖；
[0026]圖7B示出了本發(fā)明中的壓氣機軸流葉片劃分為有限元單元的示意圖；以及
[0027]圖7C示出了本發(fā)明中的渦輪軸流葉片劃分為有限元單元的示意圖。
【具體實施方式】
[0028]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于葉片的有限元單元劃分方法，葉片包括葉盆面和葉背面，有限元單元劃分方法包括:步驟SOl:沿葉片的高度方向取得葉片的多個截面，每個截面均包括位于葉背面上的葉背葉形點集和位于葉盆面上的葉盆葉形點集，在葉盆葉形點集上按順序取多個第一點Ippi，在葉背葉形點集上按順序取多個第二點Ippi’，在各個截面所取的第一點Ippi和第二點Ippi’的數(shù)量相同，在葉背葉形點集上所取的第二點Ippi’和在葉盆葉形點集上所取的第一點Ippi的數(shù)量也相同；步驟S02:連接各個葉盆葉形點集上對應(yīng)的一組第一點Ippi形成位于葉盆上的一條第一葉高樣條曲線，分別連接葉盆葉形點集上的每組對應(yīng)的第一點Ippi以得到多條第一葉高樣條曲線；連接各個葉背葉形點集上對應(yīng)的一組第二點Ippi’形成位于葉背上的一條第二葉高樣條曲線，分別連接葉背葉形點集上的每組對應(yīng)的第二點Ippi’以得到多條第二葉高樣條曲線；步驟S03:在每個第一葉高樣條曲線上取多個第一葉高輔助點，在每個第二葉高樣條曲線上取多個第二葉高輔助點；步驟S04:沿葉片的寬度方向連接對應(yīng)的一組第一葉高輔助點以得到一條第一葉寬樣條曲線，分別連接每組對應(yīng)的第一葉高輔助點以得到多條第一葉寬樣條曲線；沿葉片的寬度方向連接對應(yīng)的一組第二葉高輔助點以得到一條第二葉寬樣條曲線，分別連接每組對應(yīng)的第二葉高輔助點以得到多條第二葉寬樣條曲線；步驟S05:在每個第一葉寬樣條曲線上取多個第一葉寬輔助點，在每個第二葉寬樣條曲線上取多個第二葉寬輔助點；步驟S06:連接對應(yīng)的第一葉寬輔助點和第二葉寬輔助點，得到多個沿葉片的厚度方向的葉厚樣條線作為單元厚度邊；步驟S07:在每個葉厚樣條線上取多個結(jié)構(gòu)點作為網(wǎng)格節(jié)點；步驟S08:取多個網(wǎng)格節(jié)點，構(gòu)成一個六面體，形成一個有限元單元，將葉片劃分為多個相連接的有限元單元。
[0030]采用本發(fā)明提供的有限元單元劃分方法能夠根據(jù)葉片的長度、寬度和厚度三個特征劃分出如圖2所示的20節(jié)點6面體的有限元單元，即將葉片劃分成如圖5所示的多個有限元單元，從而能夠更好的模擬葉片的結(jié)構(gòu)，對該有限元單元模擬的葉片的受力及形變分析也更加準(zhǔn)確，貼近葉片的真實情況，更有利于工程人員及時發(fā)現(xiàn)葉片