压力加载

叶片承受来自周围气体的高压。计算仅由这个压力引起的应力。

首先，创建一个静态结构模型。

smodel = createpde (“结构”，“static-solid”）;

导入并绘制几何图形，显示面部标签。

importGeometry (smodel“Blade.stl”）;图pdegplot (smodel,“FaceLabels”，“上”，“FaceAlpha”, 0.5)

生成一个最大元素尺寸为0.01的网格。

msh = generateMesh (smodel,“Hmax”, 0.01);

指定镍基合金(NIMONIC 90)的杨氏模量、泊松比和热膨胀系数。

E = 227 e9;%在宾夕法尼亚州CTE = 12.7 e-6;% 1 / Kν= 0.27;structuralProperties (smodel“YoungsModulus”, E,．..“PoissonsRatio”ν,．..CTE的CTE);

指定与其他金属接触的根面是固定的。

structuralBC (smodel“脸”3,“约束”，“固定”）;

指定叶片压力侧和吸力侧的压力负荷。这种压力是由于高压气体包围这些侧面的叶片。

p1 = 5 e5;%在宾夕法尼亚州p2 = 4.5 e5;%在宾夕法尼亚州structuralBoundaryLoad (smodel“脸”11“压力”, p1);%压力面structuralBoundaryLoad (smodel“脸”10“压力”, p2);%吸力面

解决结构性问题。

Rs =解决(smodel);

绘制冯米塞斯应力和位移图。指定变形比例系数为100，以更好地可视化变形。

图pdeplot3D (smodel,“ColorMapData”Rs。VonMisesStress,．..“变形”Rs。位移,．..“DeformationScaleFactor”, 100)视图([116年25]);

最大应力在100 Mpa左右，明显低于弹性极限。

热应力

确定温度分布和计算应力和变形只由于热膨胀。示例的这一部分忽略了压力。

首先，建立稳态热分析的热模型。

tmodel = createpde (“热”，“稳态”）;

导入相同的几何结构，使用相同的网格进行结构分析。

importGeometry (tmodel,“Blade.stl”）;tmodel。要看更多有关憩苑网=;

假设刀片是镍基合金(NIMONIC 90)，指定热导率。

卡普= 11.5;%在W / m / KthermalProperties (tmodel,“ThermalConductivity”卡普);

周围流体与叶片表面之间的对流换热定义了该问题的边界条件。气体流速越大，对流系数越大。此外，不同表面的气体温度也不同。内部冷却空气的温度为 ${150}^{\circ }\mathit{C}$，压力侧和吸力侧的温度为 ${1000}^{\circ }\mathit{C}$．

%内部冷却thermalBC (tmodel,“脸”(15 12 14),．..“ConvectionCoefficient”30岁的．..“AmbientTemperature”, 150);%压力面thermalBC (tmodel,“脸”11．..“ConvectionCoefficient”, 50岁,．..“AmbientTemperature”, 1000);%吸力面thermalBC (tmodel,“脸”10．..“ConvectionCoefficient”现年40岁的．..“AmbientTemperature”, 1000);%的小费thermalBC (tmodel,“脸”13岁的．..“ConvectionCoefficient”, 20岁,．..“AmbientTemperature”, 1000);%碱(接触热气体)thermalBC (tmodel,“脸”，1，．..“ConvectionCoefficient”现年40岁的．..“AmbientTemperature”, 800);%根与热气体接触thermalBC (tmodel,“脸”，[6 9 8 2 7]，．..“ConvectionCoefficient”15岁的．..“AmbientTemperature”, 400);

根表面与其他金属接触的边界条件是热接触，可以模拟为对流与一个非常大的系数(周围 $1000\mathit{W}/（{\mathit{米}}^2\mathit{K}）$-金属接触)。

根与金属接触thermalBC (tmodel,“脸”(3 4 5),．..“ConvectionCoefficient”, 1000,．..“AmbientTemperature”, 300);

求解热模型。

Rt =解决(tmodel);

绘制温度分布图。尖端和根部之间的温度从周围开始变化 ${820}^{\circ }\mathit{C}$来 ${330}^{\circ }\mathit{C}$．外部气体的温度是 ${1000}^{\circ }\mathit{C}$．内部冷却是有效的:它显著降低温度。

图pdeplot3D (tmodel,“ColorMapData”Rt.Temperature)视图((130、-20));

现在，创建一个静态结构模型来计算热膨胀引起的应力和变形。

tsmodel = createpde (“结构”，“static-solid”）;

导入相同的几何形状，并使用相同的网格和结构属性的材料作为结构分析。

importGeometry (tsmodel“Blade.stl”）;tsmodel。要看更多有关憩苑网=;structuralProperties (tsmodel“YoungsModulus”, E,．..“PoissonsRatio”ν,．..CTE的CTE);

指定参考温度。

tsmodel。ReferenceTemperature = 300;%在摄氏度structuralBodyLoad (tsmodel“温度”, Rt);

指定边界条件。

structuralBC (tsmodel“脸”3,“约束”，“固定”）;

解决热应力问题。

Rts =解决(tsmodel);

绘制冯米塞斯应力和位移图。指定变形比例系数为100，以更好地可视化变形。应力集中在受约束的根部，因为根部不能自由膨胀，也集中在叶片与根部的连接处。

图(“单位”，“归一化”，“outerposition”，[0 0 1 1]);pdeplot3D (tsmodel“ColorMapData”即时战略游戏。VonMisesStress,．..“变形”即时战略游戏。位移,．..“DeformationScaleFactor”，100) caxis([0,200e6]) view([116,25]);

评估尖端的位移。在盖的设计中，必须考虑到这种位移，以避免盖与叶片之间的摩擦。

马克斯(Rts.Displacement.Magnitude)

ans = 0.0015

压力加载和热应力的组合

计算由热和压力效应联合引起的应力和变形。

使用与热应力分析相同的模型。在叶片的压力侧和吸力侧增加压力负荷。这种压力是由于高压气体包围这些侧面的叶片。

%压力面structuralBoundaryLoad (tsmodel“脸”11．..“压力”, p1);%吸力面structuralBoundaryLoad (tsmodel“脸”10．..“压力”, p2);

解决模型。

Rc =解决(tsmodel);

绘制冯米塞斯应力和位移图。指定变形比例系数为100，以更好地可视化变形。

图(“单位”，“归一化”，“outerposition”，[0 0 1 1]);pdeplot3D (tsmodel“ColorMapData”Rc。VonMisesStress,．..“变形”Rc。位移,．..“DeformationScaleFactor”，100) caxis([0,200e6]) view([116,25]);

评估最大应力和最大位移。位移与热应力分析结果基本一致，最大应力为854 MPa，显著高于热应力分析结果。

马克斯(Rc.VonMisesStress)

ans = 9.8378 e + 08年

马克斯(Rc.Displacement.Magnitude)

ans = 0.0015