第17卷第1期          湖南理工学院学报(自然科学版)            　V ol.17N o.1　2004年3月    　Journal of Hunan Institute of Science and T echnology(Natural Sciences)    　Mar.2004应用MARC软件进行叶片/盘
组件三维接触有限元分析
李江腾1，汤　风2Ξ
(11株州师范高等专科学校，湖南株州　4120007;21株州608研究所，湖南株州　412002)
摘　要：用大型通用软件MSC/MARC对叶片/盘组件进行了三维接触有限元分析，给出了某些工况下其应力分布规律，并对接触分析的计算结果与常规方法所得计算结果进行了比较分析。结果表明接触有限元分析更符合实际情况，计算结果更可靠。
关键词:MARC软件；叶片；盘；三维接触有限元
spring framework怎么卸载中图分类号:O34314  　文献标识码:A  　文章编号:1008—620X(2002)04—0019—02
A3D Contact Finite Element Analysis of Blade
and Disc Using MARC Soft w are
LI Jiang2teng1,　T ANG Feng2
(1.Zhuzhou Teacher’s college,Zhuzhou412007,China;
2.Zhuzhou Aviation P owerplant Research Institute,Zhuzhou412002,China)
Abstract:Three dimension contact finite element analysis of blade and disc assembly is made by means of software MARC,and the distributions of stresses are given under some load conditions.Furtherm ore,the calculated results are compared with those of taking no account of contact.The results show that they are m ore reliable and m ore accordant to engineering practice.
K ey words:MARC software;blade;disc;3D contact finite element
接触是一种普通存在的自然现象，属于非线性约束问题。在工程中大量存在，如金属和塑料的加工、轮齿啮合、螺纹旋合、叶片与盘的榫接等等。为了确定接触表面上的应力和变形，甚至接触区域的大小，有限元方法得到了广泛应用。以往由于受计算方法和计算机速度的限制，有限元分析的主流是处理小规模的线性问题，随着时代的发展，大规模非线性分析已成为潮流，由于MSC/MARC[1]软件突出的非线性分析能力，使它比较适合处理接触问题，该软件可以处理来自材料、几何和边界条件三类非线性问题[2]。
用该软件对叶片、盘组件进行了三维接触有限元分析，给出了某些工况下的应力分布规律，并对计算结果进行了比较分析。
11MARC软件的接触分析功能
通常，对于接触问题的描述抽象为产生接触的两个物体必须满足无穿透约束条件。数学上施加无穿透Ξ收稿日期:2003209210
作者简介：李江腾(19642)，女，中南大学资源与安全学院在读博士生，高级工程师，主要从事计算力学及计算机软件的研究及教学工作。
约束的方法有拉格朗日乘子法、罚函数法、直接约束法。与此相应，该软件提供了处理接触问题的3种算法，基于拉格朗日乘子法或罚函数法的接触界面单元、基于罚函数方法通过用户子程序施加非线性弹簧、基于直接约束的接触算法。其中基于直接约束的接触算法是解决所有接触问题的通用算法，特别是对大面积接触，以及事先无法预知接触发生区域的接触问题，程序能根据物体的运动约束和相互作用自动探测接触区域，施加接触约束。其独特之一是接触体的定义十分简洁，完全抛开了目前其它软件采用的定义接触单元或接触点对的繁杂过程。MARC 在接触分析中提供了4类接触体，即：可变形接触体、刚性接触体、允许传热的刚性接触体、对称面。此外,MARC 可以分析各种接触体之间的接触，而且不受接触体个数的限制。2　计算模型
211　结构模型
由于叶片、盘组件是循环对称的，故取其1个循环对称段作为计算模型进行分析。计算中采用8节点6面体单元进行模拟。模型分为11214个单元,15036个节点，计算模型如图1所示。212　边界条件
为了约束榫头的刚体拉移，在榫头、榫槽间建立了4个刚度很小(K =o.2N/mm 的弹簧元素，并使榫头上一个节点与榫槽上相近的一个节点沿榫槽方向的位移相等。约束盘上F 端面上节点的轴向和周向位移，图1　有限元网格图
并使E ,E ’面上的循环对称节点在圆柱坐标系下的位移分量相等。
213　材料数据
计算所用到的材料数据[3]见表1。
表1　材料数据
类别E
(G Pa )μσ0.2(MPa )σb (MPa )
盘01
28811801590
叶片11501315925
10003　结果与分析
311　计算结果图2、图3分别为结构受离心力(转速为450000r/min )作用时榫头、榫槽的当量应力云图。
图2　榫头当量应力分布图      图3　榫槽当量应力分布图
312　与非接触有限元分析的比较
一般的应力应变分析不考虑与叶片之间的接触，而将叶片对的作用力以压力载荷的形式
加在榫槽齿面上[4]，这样处理方法简单，节约计算时间，减小计算规模，但会引起误差。
(下转43页)02                  湖南理工学院学报(自然科学版)                  第17卷
从目前的研究来看，转基因作物对生物多样性的影响是不可避免的，这就需要有较好的技术和管理对策来控制转基因作物，以免更多的外源基因流入到环境中使生物多样性受到影响。参考文献
[1]　魏伟，钱迎倩等1转基因作物与其野生亲缘种间的基因流[J ].植物学报,1999,41(4):343—348
[2]　王忠华，叶庆富等1转基因植物中外源基因及其表达产物转移的途径[J ].生态学报,2002,9:1951-1524
[3]　吴关庭，夏英武1防止转基因作物释放引发“超级杂草”产生的若干对策[J ].生物工程进展,2001,11:57—60
[4]　Clive James.2000年全球转基因作物商品化概述[J ].生物技术通报,2001,3:41～44
[5]　Isabelle Meister.基因污染对粮食作物的威胁[J ].世界环境,2002,4:37～39
[6]　张永军，吴孔明等1转基因植物的生态风险[J ].生态学报,2002111:1951～1957
[7]　钱迎倩，马克平1经遗传修饰生物的研究进展及其释放后对环境的影响[J ].生态学报,199811:1～9
[8]　杨昌举，宋林等1转基因大豆对生物多样性的影响[J ].环境保护,2002,11:24～27
[9]　黄艳娥，阐保东1转基因产品的生产与安全管理[J ].世界农业,200113:14～16
[10]　张秀娟1转基因植物潜在风险分析[J ].生物学通报,2002,8:20～21
(上接20页)本文将考虑接触的计算结果与一般算法所得的计算结果进行了比较(参见图4)。
图4为按接触计算所得最大当量应力处(Y =76.89mm )两种模型沿轴向(Z 向)有关节点的当量应力值。从图可知，按非接触分析所得计算值均比按接触分析所得计算值小，因而如果采用非接触模型的计算结果来进行强度校核及寿命估算是不安全的。
图4　当量应力比较(Y =76189mm )4　结　论
1)1通过对叶片、盘接触的结构特点，运用
MARC 软件对模型进行接触应力分析，得到了叶片
/盘组件的应力分布规律。由于在计算模型中,
人为地假设边界条件，触关系及循环对称关系，所得计算结果更为合理。
2)1在接触区域附近，接触有限元分析与非接
触有限元分析得到的等效应力分布有区别，如用非
接触有限元分析结果进行强度校核和寿命估算是
不安全的。
3)1在远离接触区部位，二种分析所得结果相差不大。
参考文献
[1]　MARC Analysis Research COrporation.theory and User information[M].MARC User manual 1997.
[2]　张宝生，高度非线性有限元分析软件MARC 及在接触分析中的应用[J ]。应用科技，第28卷第12期,2001年12月1
[3]　《中国航空材料手册》编辑委员会主编。中国航空材料手册(第2版)第2卷[M]1北京：中国标准出版社,20021
[4]　陈火红、何君毅等，涡轮叶片与涡热弹塑性蠕变接触分析[J ]1航空动力学报，第10卷，第1期,19951
3
4第1期                　张秀娟：转基因农作物对生物多样性的影响               

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