一种具有桁架式内腔加强筋结构的空心叶片建模方法

摘要

本发明提出一种具有桁架式内腔加强筋结构的空心叶片建模方法，通过构造叶片叶身外形和内形的3D模型，然后在内形叶身中空范围内构造光滑的加强筋实体，最后布尔差运算获得最终空心叶片。该方法解决了现有桁架式空心叶片设计中加强筋桁架位置和形状计算误差较大、计算复杂繁琐、不能保证加强筋从顶截面到底截面平滑过渡、前缘和尾缘两端向加强筋桁架平滑过渡等问题，通过使用此方法，可以在较低的计算机硬件条件下，得到加强筋桁架较精确的布局。而且本方法对三维软件的平台没有限制，可以运用此方法在多种软件平台上进行桁架式空心叶片设计。

主权项

一种具有桁架式内腔加强筋结构的空心叶片建模方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立叶身外形3D模型，将叶身外形截面线划分为叶身外形前缘、叶身外形叶背线、叶身外形叶盆线和叶身外形尾缘；取叶身空腔顶部对应的叶身外形截面线K1、处于叶身空腔范围内的叶身外形截面线、叶身空腔底部对应的叶身外形截面线KN依次共同组成N条叶身空腔区域的叶身外形截面线Ki，i＝1，2，…，N；步骤2：对于叶身外形截面线K2至K(N‑1)，采用以下方法构造对应的叶身内形截面线：将叶身外形叶背线和叶身外形叶盆线分别向内等距偏置Ti，得到叶身内形叶背线和叶身内形叶盆线，Ti是叶身外形截面线与叶身内形截面线之间的壁厚值；由叶身外形叶背线和叶身外形叶盆线依据管道法创建中弧线，将中弧线向两侧等距偏置t1/2，得到中弧叶背偏置线和中弧叶盆偏置线，t1为加强筋焊接处壁厚；中弧叶盆偏置线与叶身外形前缘交于点A，与叶身内形叶盆线交于点B和C，与叶身外形尾缘交于点D；中弧叶背偏置线与叶身外形前缘交于点E，与叶身内形叶背线交于点F和G，与叶身外形尾缘交于点H；得到的叶身内形截面线由叶身外形尾缘HD、中弧叶盆偏置线DC、叶身内形叶盆线CB、中弧叶盆偏置线BA、叶身外形前缘AE、中弧叶背偏置线EF、叶身内形叶背线FG、中弧叶背偏置线GH依次相连组成；对于叶身外形截面线K1和KN，采用以下方法构造对应的叶身内形截面线：由叶身外形叶背线和叶身外形叶盆线依据管道法创建中弧线，将中弧线向两侧等距偏置t1/2，得到中弧叶背偏置线和中弧叶盆偏置线；中弧叶背偏置线与叶身外形尾缘以及叶身外形前缘交于点L和M，中弧叶盆偏置线与叶身外形尾缘以及叶身外形前缘交于点P和Q；得到的叶身内形截面线由中弧叶背偏置线LM、叶身外形前缘MQ、中弧叶盆偏置线QP、叶身外形尾缘PL依次相连组成；步骤3：对步骤2得到的叶身内形截面线通过实体造型构造叶身内形实体；步骤4：构造加强筋桁架实体：步骤4.1：根据加强筋桁架非焊接弧长S’、加强筋桁架焊接弧长S以及加强筋桁架数目，计算加强筋桁架在叶盆侧弧长和在叶背侧弧长；步骤4.2：对于叶身外形截面线K2至K(N‑1)对应的叶身内形截面线，采用以下方法建立加强筋桁架中心线：步骤4.2.1：根据步骤4.1得到的加强筋桁架在叶盆侧弧长和在叶背侧弧长，以及叶身内形叶盆线CB弧长和叶身内形叶背线FG弧长，计算得到加强筋桁架在叶盆侧的起始段弧长和终止段弧长，以及加强筋桁架在叶背侧的起始段弧长和终止段弧长；步骤4.2.2：根据叶身内形叶盆线CB的两端点坐标，以及加强筋桁架在叶盆侧的起始段弧长和终止段弧长，得到加强筋桁架在叶盆侧的中心点起点坐标和中心点终点坐标；根据叶身内形叶背线FG的两端点坐标，以及加强筋桁架在叶背侧的起始段弧长和终止段弧长，得到加强筋桁架在叶背侧的中心点起点坐标和中心点终点坐标；步骤4.2.3：根据加强筋桁架在叶盆侧的中心点起点坐标和中心点终点坐标，以及加强筋桁架非焊接弧长S’和加强筋桁架焊接弧长S，得到加强筋桁架在叶盆侧的其余中心点坐标；根据加强筋桁架在叶背侧的中心点起点坐标和中心点终点坐标，以及加强筋桁架非焊接弧长S’和加强筋桁架焊接弧长S，得到加强筋桁架在叶背侧的其余中心点坐标；步骤4.2.4：按照加强筋桁架的结构要求将加强筋桁架在叶盆、叶背侧的中心点依次相连，得到加强筋桁架中心线；步骤4.3：将加强筋桁架中心线按照加强筋桁架壁厚扩展，得到加强筋截面线；步骤4.4：利用叶身外形截面线K2至K(N‑1)对应的加强筋截面线通过实体造型构造加强筋实体；步骤5：将加强筋实体和叶身内形实体作布尔差运算，得到空心实体；将空心实体和叶身外形实体作布尔差运算，得到空心叶片模型。