压力加载

叶片受到周围气体的高压。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，显示面标签。

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

生成一个最大元素大小为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 = 227e9;百分比在PaCte = 12.7e-6;% in 1/KNu = 0.27;structuralProperties (smodel“YoungsModulus”, E,.．.“PoissonsRatio”ν,.．.CTE的CTE);

指定与其他金属接触的根的面是固定的。

structuralBC (smodel“脸”3,“约束”，“固定”）;

指定叶片压力侧和吸力侧的压力负荷。这种压力来自于叶片周围的高压气体。

P1 = 5e5;%在宾夕法尼亚州P2 = 4.5e5;%在宾夕法尼亚州structuralBoundaryLoad (smodel“脸”11“压力”, p1);%压力侧structuralBoundaryLoad (smodel“脸”10“压力”, p2);%吸力侧

解决结构问题。

Rs = solve(smodel);

画出冯·米塞斯应力和位移。指定变形比例因子为100，以便更好地可视化变形。

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，计算仅由热膨胀引起的应力和变形。这部分例子忽略了压力。

首先，建立稳态热分析的热模型。

Tmodel = createpde(“热”，“稳态”）;

导入与结构分析相同的几何图形并使用相同的网格。

importGeometry (tmodel,“Blade.stl”）;tmodel。网格= msh;

假设叶片是由镍基合金(NIMONIC 90)制成，请指定热导率。

Kapp = 11.5;W/m/K中的%thermalProperties (tmodel,“ThermalConductivity”卡普);

周围流体与叶片表面之间的对流换热确定了该问题的边界条件。气体速度越高，对流系数越大。此外，不同表面周围的气体温度也不同。内部冷却空气温度为 ${150}^{\circ }\mathit{C}$，压力侧和吸力侧温度为 ${1000}^{\circ }\mathit{C}$．

%内部冷却thermalBC (tmodel,“脸”，[15 12 14]，.．.“ConvectionCoefficient”30岁的.．.“AmbientTemperature”, 150);%压力侧thermalBC (tmodel,“脸”11.．.“ConvectionCoefficient”, 50岁,.．.“AmbientTemperature”, 1000);%吸力侧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(暴露于高温气体)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);

根面与其他金属接触的边界条件是热接触，可以建模为具有非常大的系数的对流(围绕 $1000\mathit{W}/（{\mathit{米}}^2\mathit{K}）$对于金属-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 = solve(tmodel);

画出温度分布。顶端和根部之间的温度在 ${820}^{\circ }\mathit{C}$来 ${330}^{\circ }\mathit{C}$．外部气体温度为 ${1000}^{\circ }\mathit{C}$．内部冷却是有效的:它显著降低了温度。

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由于热膨胀引起的应力和变形。

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

导入相同的几何图形，并使用相同的网格和材料的结构特性作为结构分析。

importGeometry (tsmodel“Blade.stl”）;tsmodel。网格= msh;structuralProperties (tsmodel“YoungsModulus”, E,.．.“PoissonsRatio”ν,.．.CTE的CTE);

指定参考温度。

tsmodel。参考温度= 300;% C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 = solve(tsmodel);

画出冯·米塞斯应力和位移。指定变形比例因子为100，以便更好地可视化变形。由于根部不能自由扩张，应力集中在受约束的根部，同时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，必须考虑到这一位移，以避免盖与叶片之间的摩擦。

马克斯(Rts.Displacement.Magnitude)

Ans = 0.0015

综合压力加载和热应力

计算由热效应和压力效应共同引起的应力和变形。

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。这种压力来自于叶片周围的高压气体。

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

求解模型。

Rc = solve(tsmodel);

画出冯·米塞斯应力和位移。指定变形比例因子为100，以便更好地可视化变形。

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，而最大应力为854 MPa，明显高于热应力分析结果。

马克斯(Rc.VonMisesStress)

Ans = 9.8378e+08

马克斯(Rc.Displacement.Magnitude)

Ans = 0.0015