用于叶片的有限元单元划分方法和叶片的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工程强度设计和检测技术领域，具体而言，涉及一种用于叶片的有限元单元划分方法和叶片的检测方法。
【背景技术】
[0002]叶片包括轴流风扇叶片、压气机叶片、离心叶片和轴流涡轮叶片等，均属于不规则造型，因此设计叶片时需要配合有限元分析来对叶片进行检测。
[0003]现有的有限元分析将待分析的结构分割为多个如图1所示的10节点4面体的有限元单元，该单元的划分过程较简单，但根据该有限元单元进行的计算误差较大，不适合用于叶片结构分析。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于提供一种用于叶片的有限元单元划分方法和叶片的检测方法，以解决现有技术中的10节点4面体的有限元单元不适合划分叶片的网格问题。
[0005]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于叶片的有限元单元划分方法，叶片包括叶盆面和叶背面，有限元单元划分方法包括:步骤SOl:沿叶片的高度方向取得叶片的多个截面，每个截面均包括位于叶背面上的叶背叶形点集和位于叶盆面上的叶盆叶形点集，在叶盆叶形点集上按顺序取多个第一点，在叶背叶形点集上按顺序取多个第二点，在各个截面所取的第一点和第二点的数量相同，在叶背叶形点集上所取的第二点和在叶盆叶形点集上所取的第一点的数量也相同；步骤S02:连接各个叶盆叶形点集上对应的一组第一点形成位于叶盆上的一条第一叶高样条曲线，分别连接叶盆叶形点集上的每组对应的第一点以得到多条第一叶高样条曲线；连接各个叶背叶形点集上对应的一组第二点形成位于叶背上的一条第二叶高样条曲线，分别连接叶背叶形点集上的每组对应的第二点以得到多条第二叶高样条曲线；步骤S03:在每个第一叶高样条曲线上取多个第一叶高辅助点，在每个第二叶高样条曲线上取多个第二叶高辅助点；步骤S04:沿叶片的宽度方向连接对应的一组第一叶高辅助点以得到一条第一叶宽样条曲线，分别连接每组对应的第一叶高辅助点以得到多条第一叶宽样条曲线；沿叶片的宽度方向连接对应的一组第二叶高辅助点以得到一条第二叶宽样条曲线，分别连接每组对应的第二叶高辅助点以得到多条第二叶宽样条曲线；步骤S05:在每个第一叶宽样条曲线上取多个第一叶宽辅助点，在每个第二叶宽样条曲线上取多个第二叶宽辅助点；步骤S06:连接对应的第一叶宽辅助点和第二叶宽辅助点，得到多个沿叶片的厚度方向的叶厚样条线作为单元厚度边；步骤S07:在每个叶厚样条线上取多个结构点作为网格节点；步骤S08:取多个网格节点，构成一个六面体，形成一个有限元单元，将叶片划分为多个相连接的有限元单元。
[0006]进一步地，步骤S08还包括:由位于叶盆面上的起始位置的网格点开始，沿叶片的宽度方向连接相邻的多个网格节点，从连接的最后一个结网格节点开始，沿叶片的高度方向连接相邻的多个网格节点；再由位于叶盆面上的起始位置的网格节点开始，沿叶片的高度方向连接相邻的多个网格节点，从连接的最后一个网格节点开始，沿叶片的宽度方向连接相邻的多个网格节点，构成一个第一四边形，第一四边形的每个角均具有一个网格节点；由每个位于第一四边形的四个角的网格节点开始，沿叶片的厚度方向连接相邻的多个网格节点，构成一个六面体，六面体具有与第一四边形对应的第二四边形；连接第二四边形的每个棱边上的全部的网格节点，以形成一个有限元单元。
[0007]进一步地，步骤S03还包括:确定叶片的高度方向需要划分的有限元单元个数为NH，则在每个叶高样条曲线上取的叶高辅助点的个数为2NH+1。
[0008]进一步地，步骤S03还包括:采用样条插值法在每个叶高样条曲线上取多个叶高辅助点。
[0009]进一步地，步骤S05还包括:确定叶片的宽度方向需要划分的有限元单元个数为NW，则在每个叶宽样条曲线上取的叶宽辅助点的个数为2NW+1。
[0010]进一步地，步骤S05还包括:采用样条插值法在每个叶宽样条曲线上取多个叶宽辅助点。
[0011]进一步地，步骤S07还包括:确定叶片的厚度方向需要划分的有限元单元个数为NT,则在每个叶厚样条线上取的结构点的个数为2NT+1。
[0012]进一步地，步骤S07还包括:采用样条插值法在每个叶厚样条线上取多个结构点。
[0013]可替换地，步骤S07还包括:在每个叶厚样条线上取三个结构点，分别位于叶厚样条线的两端和中点处，其中位于叶厚样条线的两端的两个结构点分别与第一叶宽辅助点和第二叶宽辅助点重合。
[0014]进一步地，步骤S09还包括:每个有限元单元均是一个由20个网格节点构成的六面体，包括8个顶点和12个棱边中点。
[0015]根据本发明的另一个方面，还提供了一种叶片的检测方法，包括对叶片进行有限元分析，对叶片进行有限元分析包括采用上述的用于叶片的有限元单元划分方法对叶片进行有限元单元划分。
[0016]进一步地，对叶片进行有限元分析包括对叶片进行强度校核和/或几何构型校核。
[0017]采用本发明提供的有限元单元划分方法能够根据叶片的长度、宽度和厚度三个特征划分出20节点6面体的有限元单元，从而能够更好的模拟叶片的结构，对该有限元单元模拟的叶片的受力及形变分析也更加准确，贴近叶片的真实情况，更有利于工程人员及时发现叶片的缺陷，进而及时改进。
【附图说明】
[0018]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019]图1示出了现有技术中的10节点4面体的有限元单元示意图；
[0020]图2示出了本发明中的20节点6面体的有限元单元示意图；
[0021]图3示出了本发明中的有限元单元划分方法的步骤S02中取第一点和第二点的示意图；
[0022]图4示出了本发明中的有限元单元划分方法的步骤S02中做叶高样条曲线的示意图；
[0023]图5示出了本发明中的有限元单元划分方法的步骤S08中将叶片划分为多个相连接的有限元单元的示意图；
[0024]图6示出了本发明中的有限元单元划分方法中的样条插值法的示意图；
[0025]图7A示出了本发明中的压气机离心叶轮叶片划分为有限元单元的示意图；
[0026]图7B示出了本发明中的压气机轴流叶片划分为有限元单元的示意图；以及
[0027]图7C示出了本发明中的涡轮轴流叶片划分为有限元单元的示意图。
【具体实施方式】
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0029]根据本发明的一个方面，提供了一种用于叶片的有限元单元划分方法，叶片包括叶盆面和叶背面，有限元单元划分方法包括:步骤SOl:沿叶片的高度方向取得叶片的多个截面，每个截面均包括位于叶背面上的叶背叶形点集和位于叶盆面上的叶盆叶形点集，在叶盆叶形点集上按顺序取多个第一点Ippi，在叶背叶形点集上按顺序取多个第二点Ippi’，在各个截面所取的第一点Ippi和第二点Ippi’的数量相同，在叶背叶形点集上所取的第二点Ippi’和在叶盆叶形点集上所取的第一点Ippi的数量也相同；步骤S02:连接各个叶盆叶形点集上对应的一组第一点Ippi形成位于叶盆上的一条第一叶高样条曲线，分别连接叶盆叶形点集上的每组对应的第一点Ippi以得到多条第一叶高样条曲线；连接各个叶背叶形点集上对应的一组第二点Ippi’形成位于叶背上的一条第二叶高样条曲线，分别连接叶背叶形点集上的每组对应的第二点Ippi’以得到多条第二叶高样条曲线；步骤S03:在每个第一叶高样条曲线上取多个第一叶高辅助点，在每个第二叶高样条曲线上取多个第二叶高辅助点；步骤S04:沿叶片的宽度方向连接对应的一组第一叶高辅助点以得到一条第一叶宽样条曲线，分别连接每组对应的第一叶高辅助点以得到多条第一叶宽样条曲线；沿叶片的宽度方向连接对应的一组第二叶高辅助点以得到一条第二叶宽样条曲线，分别连接每组对应的第二叶高辅助点以得到多条第二叶宽样条曲线；步骤S05:在每个第一叶宽样条曲线上取多个第一叶宽辅助点，在每个第二叶宽样条曲线上取多个第二叶宽辅助点；步骤S06:连接对应的第一叶宽辅助点和第二叶宽辅助点，得到多个沿叶片的厚度方向的叶厚样条线作为单元厚度边；步骤S07:在每个叶厚样条线上取多个结构点作为网格节点；步骤S08:取多个网格节点，构成一个六面体，形成一个有限元单元，将叶片划分为多个相连接的有限元单元。
[0030]采用本发明提供的有限元单元划分方法能够根据叶片的长度、宽度和厚度三个特征划分出如图2所示的20节点6面体的有限元单元，即将叶片划分成如图5所示的多个有限元单元，从而能够更好的模拟叶片的结构，对该有限元单元模拟的叶片的受力及形变分析也更加准确，贴近叶片的真实情况，更有利于工程人员及时发现叶片