(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210838635.3 (22)申请日 2022.07.18 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 李志敏　刘涛　吴玉萍　康贺贺　 袁巍　 (74)专利代理 机构 北京中创博腾知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11636 专利代理师 李梅 (51)Int.Cl. G06Q 10/04(2012.01) G06F 17/18(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种榫连接结构的航空发动机叶片连接刚 度预测方法 (57)摘要 本发明公开了一种榫连接结构的航空发动 机叶片连接刚度预测方法， 属于连接刚度预测技 术领域， 其技术要点是： 包括通过统计学求和构 建整个榫连接界面法向接触力学模型N(d)； 将界 面宏观形位偏差定义为形状函数Sv(x,y)， 引入 到界面法向接触模型中； 利用串并联弹簧单元表 征粗糙界面切向黏 ‑滑接触行为； 根据所建法向 接触力学模型， 反求量接触面之间的间距d0； 通 过受力分析计算叶根处沿翼展方向的合力变化 ΔF， 求解沿翼展方向的叶根连接刚度 ku； 通过受 力分析计算叶根处沿弦展方向的合力变化ΔTy， 求解沿弦展方向的叶根连接刚度kv； 通过受力分 析计算叶根处沿弦展方向的扭矩变化ΔM， 求解 沿翼展方向的叶根扭转连接刚度kθ， 具有良好 适用性的优点。 权利要求书4页 说明书14页 附图5页 CN 115358442 A 2022.11.18 CN 115358442 A 1.一种榫连接结构的航空发动机叶片连接刚度预测方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 针对榫连接结构的叶片根部与轮盘之间的匹配界面， 构建微观尺度下微凸体 弹塑性变形力f与法向变形量ω的关系， 其中弹性段变形力fe(ω)， 混合 弹塑性段变形力fep (ω)， 全塑性段变形力fp(ω)； 步骤二： 在微凸体弹塑性变形的基础上， 通过统计学求和构建整个榫连接界面法向接 触力学模型N(d)； 步骤三： 将界面宏观形位偏差定义为形状函数Sv(x,y)， 引入到步骤二所建的界面法向 接触模型中， 形成含界面宏微观形貌特 征的法向接触力学模型N(d,x,y)； 步骤四： 利用串并联弹簧单 元表征粗 糙界面切向黏 ‑滑接触行为； 步骤五： 利用已建立的法向接触模型和库伦摩擦定律， 求解界面临界滑移力分布函数ρ* (φ)， 得到含宏微观形貌特 征的界面切向接触力学模型T( δ,x,y)； 步骤六： 在给定转速Ω下， 根据叶片和叶根几何参数与物理参数计算榫连接界面法向 载荷分布N， 然后在给定界面微观形貌特征参数下， 根据所建法向接触力学模型， 反求量接 触面之间的间距d0； 步骤七： 分别在叶根中心 处分别引入沿翼展方向的虚位移微元Δu， 根据 所建立的界面 接触力学模型， 计算榫连接界面法向和切向力的变化， 通过受力 分析计算叶根处沿翼展方 向的合力变化ΔF， 求 解沿翼展方向的叶根连接刚度ku； 步骤八： 分别在叶根中心 处分别引入沿弦展方向的虚位移微元Δv， 根据 所建立的界面 接触力学模型， 计算榫连接界面法向和切向力的变化， 通过受力 分析计算叶根处沿弦展方 向的合力变化ΔTy， 求解沿弦展方向的叶根连接刚度kv； 步骤九： 分别在叶根中心 处分别引入沿叶片表面法向的虚位移微元Δw， 根据所建立的 界面接触力学模型， 计算榫连接界面法向和切向力的变化， 通过受力 分析计算叶根处沿 叶 片表面法向的合力变化ΔTz， 求解沿叶片表面法向的叶根连接刚度kw； 以及 步骤十： 分别在叶根中心 处分别引入沿弦展方向的虚角度微元Δθ， 根据 所建立的界面 接触力学模型， 计算榫连接界面法向和切向力的变化， 通过受力 分析计算叶根处沿弦展方 向的扭矩变化Δ M， 求解沿翼展方向的叶根扭转连接刚度kθ。 2.根据权利要求1所述的榫连接结构的航空发动机叶片连接刚度预测方法， 其特征在 于， 所述步骤一通过弹塑性接触理论以及 插值拟合方法构建微观尺度下微凸体弹塑性变形 力f与法向变形量ω的关系， 其中弹性段变形力fe(ω)， 混合弹塑性段变形力fep(ω)， 全塑 性段变形力fp(ω)， 各个 变形阶段的微凸体法向载荷与变形量表达式如下： 弹性段： 塑性段： fp＝2 πHRω                  (3) 混合弹塑性段： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115358442 A 2其中， 不同变形阶段的微凸体临界变形量 为： 其中E等效弹性模量， K＝0.454+0.41ν， H是两 接触面中较软 材料的硬度。 3.根据权利要求1所述的榫连接结构的航空发动机叶片连接刚度预测方法， 其特征在 于， 所述步骤二定义 微凸体无量纲化后的高度分布函数 (z*)如下： 其中， σs是微凸体高度分布的标准差， σ 是粗糙面轮廓的标准差， 上标*表示经过σ 无量纲 化的参数， β＝η σR是粗糙度参数(对于工程表面， β 的范围一般为 0.02～0.06)， η是微凸体在界面上的分布密度， 这些统计学参数η、 σ和R可以通过实际轮廓 测量数据得到， 具体并如下： 式中E[·]代表着计算数据的数 学期望， 通过统计学求和， 得到宏观 尺度下榫连接界面法向载荷表达式： 其中A0表示名义接触区域 面积。 4.根据权利要求1所述的榫连接结构的航空发动机叶片连接刚度预测方法， 其特征在 于， 所述步骤三在宏观尺度上， 由于制造精度的 限制， 实际工程表 面相对于结构的理论拓扑 形状Sn会产生形位偏差Sv， 在Sv的作用下， 微凸体高度基准线与等效刚性平面之间距离d会 发生改变， 参数d可以表达如下： d(x,y)＝d0‑Sv(x,y)                (10) 式中d0是微凸体高度基准线与等效刚性平面 之间距离d的名义值。 通过将式(10)带入式权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115358442 A 3