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航空发动机转子动力学结构优化方法研究
【作者】 徐胜利； 王明洲； 马昕宇； 周演； 高春晖； 王博；
【机构】 大连理工大学能源与动力工程学院海洋能源利用与节能教育部重点实验室； 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室； 大连理工大学宁波研究院； 北京动力机械研究所；
【摘要】 针对航空发动机转子动力学结构优化中计算复杂度高及陀螺效应引发临界转速预测偏差的难题,提出融合二维轴对称有限元建模、SIMP变密度法与MMA优化算法的拓扑优化框架。该方法以柔度最小化为目标,约束条件为临界转速避让工作转速区间及体积上限,旨在实现轻量化与动力学稳定性的协同优化。通过轴对称单元简化三维转子模型,建立含质量、陀螺、刚度矩阵的动力学方程,并采用特征方程法精确求解临界转速;应用MSIMP插值模型定义单元伪密度,结合Helmholtz与Heaviside滤波器消除数值奇异性;利用MMA算法迭代更新设计变量,构建柔度、临界转速与体积的多约束优化模型。单元盘转子算例验证了算法的有效性:临界转速计算与商业软件误差处于合理范围,不同转速约束下均能获得优化构型。压气机转子算例验证了工程实用性:鼓式转子质量降低29.85%,前三阶临界转速均避开工况区间;结合参数优化将应力峰值大幅降低。
【基金】 北京动力机械研究所—XXX结构一体化拓扑优化设计技术研究
- 【会议录名称】 第九届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第四十五届技术交流会论文集（第六册）
- 【会议名称】第九届空天动力联合会议暨中国航天第三专业信息网第四十五届技术交流会
- 【会议时间】2025-08-15
- 【会议地点】中国贵州贵阳
- 【分类号】V231.96
- 【主办单位】中国空天动力联合会、冲压发动机技术全国重点实验室、空间高效能推进技术及应用全国重点实验室、航天液体动力全国重点实验室、固体推进全国重点实验室、空天飞行高温气动全国重点实验室、航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室、绿色氢电全国重点实验室、先进内燃动力全国重点实验室、空天飞行技术全国重点实验室