一种基于Abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法与流程

技术特征：
1.一种基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，分析中介机匣几何结构，确定其特征参数；步骤2，明确中介机匣载荷工况，选择机匣各部件刚度设计准则及强度设计准则；步骤3~步骤5，构建关键参数数学模型，包括基于刚度准则和强度准则分别构建外机匣壁厚数学模型、内机匣壁厚数学模型和承力支板壁厚数学模型；其中，内、外机匣壁厚数学模型基于刚度准则的设计基准分别为内、外机匣拉伸刚度下的轴向变形量以及弯曲刚度下的最大挠度；基于强度准则的设计基准分别为内机匣沿壳体正应力与沿剖面正应力、外机匣正应力与弯曲应力；承力支板壁厚数学模型基于刚度准则的设计基准为承力支板在剪切刚度下的剪切变形量以及径向刚度下的径向变形；基于强度准则的设计基准为承力支板拉伸正应力；步骤6，基于所述关键参数数学模型，在abaqus中建立中介机匣结构有限元模型，对模型进行装配、网格划分并设置材料参数、载荷以及边界条件，并提交求解得到rpy文件；步骤7，利用abaqus-python二次开发功能，将rpy文件进行批量提交、计算、提取结果；步骤8，利用python建立基于abaqus的中介机匣建模gui用户界面，实现建模界面可视化。2.根据权利要求1所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，由于同类型发动机的设计基准相趋近，令同类型发动机的设计基准相等，结合同类型发动机已知的设计基准值及本发动机中介机匣各部件已知参数构建等式，得到本发动机所述关键参数数学模型。3.根据权利要求2所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤3基于刚度准则的外机匣壁厚数学模型建模步骤为：步骤3-1，以外机匣轴向变形量
∆
l为设计基准的外机匣壁厚为式中，f
max
为发动机推力，e为弹性模量，δ1为以轴向变形量为设计基准下的外机匣厚度，r
min
为外机匣最小半径， l为外机匣长度， a0为关于轴向变形量的修正系数，；其中以
∆
l为设计基准，各个发动机的轴向变形量是相趋近的，
∆
l为同类型发动机的轴向变形量；同理认为各个同类型发动机的设计基准均是相趋近的；外机匣最大挠度为w1，式中， k1为径向力拟合系数，δ2为弯曲刚度准则下的外机匣厚度；以弯曲刚度为设计基准的外机匣壁厚为：式中δ2为以弯曲刚度为设计基准下的外机匣厚度，b0为与外机匣最大挠度相关的修正
系数，其值为。4.根据权利要求3所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤3基于强度准则的外机匣壁厚数学模型建模步骤为：步骤3-2，外机匣的正应力为，以正应力为设计基准的外机匣壁厚为：式中δ3为以正应力为设计基准下外机匣厚度，为许用强度， n
0.2
为强度储备系数，c0为与正应力相关的修正系数，利用设计基准相趋近，下标“已知”表示同类型发动机已知的设计基准值，即σ
1已知
表示同类型发动机已知的外机匣的正应力，;以弯曲应力为设计基准的外机匣壁厚为：式中d0为与外机匣弯曲应力相关的修正系数，，弯曲应力，σ
2已知
表示同类型发动机已知的弯曲应力。5.根据权利要求4所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤4中基于刚度准则的内机匣壁厚数学模型建模步骤为：步骤4-1，以内机匣拉伸刚度轴向变形量为设计基准的内机匣壁厚为：式中δ5为以拉伸刚度轴向变形量为基准下内机匣厚度，r1为内机匣最大半径，r1为内机匣锥面小端中面半径，l1为内机匣长度，θ为内机匣斜角，e0为与内机匣轴向变形量相关的修正系数，，
∆
l
已知
表示同类型发动机已知的内机匣拉伸刚度轴向变形量；以弯曲刚度为设计基准的内机匣壁厚为：
式中m1为径向力拟合系数，δ6为以弯曲刚度为设计基准下的外机匣厚度，r1为内机匣最大半径，r1为内机匣锥面小端中面半径，l1为内机匣长度，θ为内机匣斜角，f0为与内机匣最大挠度w2相关的修正系数，。6.根据权利要求5所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤4中基于强度准则的内机匣壁厚数学模型建模步骤为：步骤4-2，以沿壳体母线方向正应力为设计基准的内机匣壁厚为：式中δ7为以内机匣沿壳体母线方向正应力为设计基准下的外机匣厚度，为许用强度，n
0.2
为强度储备系数，r1为内机匣锥面小端中面半径，l1为内机匣长度，r2为锥面中间半径，θ为内机匣斜角，q为内压，g0为与内机匣沿壳体母线方向的正应力相关的修正系数，，σ
3已知
表示同类型发动机已知的沿壳体母线方向正应力；以壳体纵剖线方向正应力为设计基准的内机匣壁厚为：式中δ8为以内机匣沿壳体纵剖线方向正应力为设计基准下的外机匣厚度，为许用强度，h0为与内机匣沿壳体纵剖面的正应力相关的修正系数，σ
4已知
表示同类型发动机已知的内机匣沿壳体纵剖面的正应力。7.根据权利要求6所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤5中基于刚度准则的承力支板壁厚数学模型建模步骤为：步骤5-1，根据经验公式，以支板的剪切变形量为设计参数基准，本机匣厚度为：
式中a
min
为剪切刚度设计基准下承力支板最小截面积，，i0为修正系数，，γ为承力支板剪切变形量， m为承力支板个数，μ为泊松比；在径向刚度设计基准下承力支板壁厚为：式中a
min1
为该基准下承力支板最小截面积，， j0为与承力支板径向变形量u相关的修正系数，，α为线性膨胀系数，e为弹性模量， f为支板径向力，t为支板温度，l为支板长度。8.根据权利要求7所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤5基于强度准则的承力支板壁厚数学模型建模方法为：步骤5-2，根据经验公式，在拉伸正应力设计基准下承力支板壁厚为：式中a
min2
为基于强度准则下承力支板截面面积，，为许用强度，n
0.2
为强度储备系数，p0为与承力支板拉伸正应力γ5相关的修正系数，，n1为拉伸作用力拟合系数。9.根据权利要求1至8任意一项所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤8具体为：基于abaqus gui界面创建用户界面机匣整体建模菜单以及机匣各部件建模菜单；创建用户界面左侧的机匣建模树形菜单；编写内核计算文件实现中介机匣各部件建模界面构造以及材料查找功能；然后通过建立二次开发用户操作界面，确定用户需要输入的变量，建立各变量之间的逻辑关系，对于不合理赋值进行警告与禁用，并与内核文件相关联，建立有限元建模过程与用户操作界面的连接，使得操作界面激活建模界面，
从而将gui可视界面与建模界面相结合；与此同时构建了模型树和结果树的树形列表，完成中介机匣内、外机匣以及承力支板的单独建模或实现中介机匣的整体建模。10.根据权利要求9所述的基于abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法，其特征在于，步骤8所述abaqus-python二次开发，通过提取步骤7中的有限元建模rpy文件，并通过python进行修改，对设计变量进行定义；在abaqus中对中介机匣所受载荷进行参数化设计；采用python脚本实现中介机匣有限元计算结果的提取，结果文件存储于txt文件中；abaqus gui界面设计采用python语言编程，通过编写db图形文件、form注册文件以及kernel内核计算文件实现gui建模界面构造，其中内核计算文件由批量建模程序导入得到。

技术总结
本发明公开了一种基于Abaqus二次开发的中介机匣快速建模方法。首先根据中介机匣几何结构确定特征参数，基于强度、刚度等准则并结合力学公式建立不同准则下中介机匣内、外壁厚等关键参数的数学模型，接着选取数学模型计算结果中的最佳关键参数作为设计参数，并利用Abaqus-Python进行二次开发，以所构建关键参数数学模型为建模依据实现中介机匣自动化批量化建模以及有限元分析，同时构造中介机匣建模GUI用户操作界面。该快速建模方法对于航空发动机承力机匣设计具有重要参考意义。发动机承力机匣设计具有重要参考意义。发动机承力机匣设计具有重要参考意义。


技术研发人员：邸昊源 管晓乐 王泽宇 李洪双
受保护的技术使用者：北京动力机械研究所
技术研发日：2022.11.30
技术公布日：2022/12/30