梅志恒 刘淑杰 邓威威

摘要：针对航空发动机涡轮叶片服役时工况恶劣，难以测量其应力、应变的现状，通过分析涡轮叶片工作时的物理场环境，利用 CFX对叶片流场进行气动分析，在此基础之上，通过 ANSYS Workbench进行叶片典型工况下气、热、固多场耦合仿真计算，得到涡轮叶片叶身部分在典型工况下的应力、应变及形变云图，最后将仿真结果与理论计算及叶片实际工作情况进行对比，证明仿真结果具有一定的准确性，其结果可为航空发动机涡轮叶片的结构设计及寿命预测提供数据参考。

关键词：ANSYS;多场耦合仿真;涡轮叶片;有限元仿真

中图分类号：V263文献标志码：A

文章编号：1009-9492（2021）11-0033-04开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Finite Element Simulation of Aeroengine Turbine Blade Based on ANSYS

Mei Zhiheng，Liu Shujie※，Deng Weiwei

（Major Equipment Design Institute， Dalian University of Technology， Dalian， Liaoning 116024， China）

Abstract： In view of the current situation that it is difficult to measure the stress and strain of aeroengine turbine blades under bad working conditions， CFX was used for aerodynamic analysis of blade flow field by analyzing the physical field environment of turbine blades. On the basis， the multi field coupling of gas， heat and solid under typical working conditions of blades was simulated and calculated by ANSYS Workbench. Finally， the simulation results were compared with the theoretical calculation and the actual working situation of the blade， which proved that the simulation results have certain accuracy. The results can provide data reference for the structural design and life prediction of aeroengine turbine blades.

Key words： ANSYS; multi-field coupling simulation; turbine blade; finite element simulation

0 引言

航空發动机涡轮叶片服役时工况恶劣，对叶片材料性能和气动、结构、传热设计等提出了很高的要求，导致叶片造价昂贵，叶片的工作情况直接影响到发动机的机械效率和使用寿命[1]。由于航空发动机实际工况复杂，不易直接获得载荷数据，利用实物叶片试验的经济性不好，发动机及叶片相关技术和数据又不会轻易公开，其数据积累需要耗费大量人力、物力及时间成本。现代工程领域，计算机辅助工程（Computer Aided Engi- neering， CAE）可以帮助工程师对设计进行校核和优化。其中，有限元法只需要材料的本构模型、边界条件设置、施加约束等来模拟涡轮叶片实际工况下的应力应变行为，无需很多经验参数，精度较高，是目前应用较为广泛的一种 CAE方法。

陈振中[2]用参数化方……