(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 202210961501.0 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 陕西理工大 学 地址 723001 陕西省汉中市汉台区东 一环 路1号 (72)发明人 刘志远　王军利　冯钰茹　李金洋　 张宝升　 (74)专利代理 机构 西安铭泽知识产权代理事务 所(普通合伙) 61223 专利代理师 姬莉 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06T 17/00(2006.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种基于复合材料的轴流压气机叶片设计 方法 (57)摘要 本发明提供一种基于复合材料的轴流压气 机叶片设计方法， 属于计算机辅助建模领域， 包 括： 导出轴流压气机叶片 多个翼型的外形轮廓的 坐标点； 将多个翼型的外形轮廓的坐标点导入到 三维建模软件中， 形成多个翼型截面的样条曲 线， 将多个样条曲线相互连接并通过缝合形成叶 片的三维模型； 找出多个样条曲线的中间拱弧 线， 通过连接多个中间拱弧线生成叶片几何厚度 上的中间平 面； 以中间平面作为基准进行复合材 料铺层， 采用拉伸算法将铺层后的中间平面生成 叶片的复合材料实体模型； 利用叶片的三维模型 对叶片的复合材料实体模型进行切割及修正， 生 成基于复合材料的轴流压气机叶片三维模型。 该 方法可以快速的对带有一定扭角的叶片进行复 合材料的铺层设计。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 115238419 A 2022.10.25 CN 115238419 A 1.一种基于复合材 料的轴流压气机叶片设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 导出轴流压气机叶片多个翼型的外形轮廓的坐标点； 将多个翼型的外形轮廓的坐标点导入到三维建模软件中， 形成多个翼型截面的样条曲 线， 将多个样条曲线相互连接并通过 缝合形成叶片的三维模型； 找出多个样条曲线的中间拱弧线， 通过连接多个中间拱弧线生成叶片几何厚度 上的中 间平面， 并对中间平面进行网格划分； 以网格划分后的中间平面作为基准铺设复合材料， 形成复合材料铺层， 采用拉伸算法 将铺层后的中间平面 生成叶片的复合材 料实体模型； 利用所述叶片的三维模型对所述叶片的复合材料实体模型进行切割及修正， 生成基于 复合材料的轴流压气机叶片三维模型。 2.根据权利要求1所述的基于复合材料的轴流压气机叶片设计方法， 其特征在于， 所述 导出轴流压气机叶片多个翼型的外形轮廓的坐标点， 具体包括以下步骤： 通过翼型设计软件Profili插值计算并导出轴流压气机叶片多个翼型的外形轮廓的二 维坐标点； 通过翼型的坐标变换公式， 将二维坐标转 化为翼型的三维坐标； 将翼型的三维坐标 数据保存为TXT格式的文件。 3.根据权利要求2所述的基于复合材料的轴流压气机叶片设计方法， 其特征在于， 所述 翼型的坐标变换公式为： (x1,y1)＝(x0,y0)‑(X,Y) x2＝x1×c×cosθ‑y1×c×sinθ y2＝y1×c×cosθ‑y1×c×sinθ z2＝r 式中， (x0,y0)为翼型的原始坐标， (X,Y)为轮毂与弦线的相交坐标， (x1,y1)为变换之前 翼型的二维坐标， (x2,y2,z2)为变换之后翼型的三维坐标， c为各翼型截面的弦长， θ为各翼 型截面的扭角， r为翼型截面到叶根的距离 。 4.根据权利要求3所述的基于复合材料的轴流压气机叶片设计方法， 其特征在于， 在三 维建模软件SOL IDWORKS中构建所述叶片的三维模型， 具体包括以下步骤： 将TXT文件通过XYZ点曲线的方式导入到SOLIDWORKS中， 生成多个翼型截面的样条曲 线； 对多个样条曲线采用放样曲线的命令， 生成叶片的基本模型； 通过填充曲线命令将叶片的叶根和叶尖的曲线 进行填充形成截面； 将填充后的截面 通过缝合曲面命令进行 缝合， 生成完整的叶片的三维模型。 5.根据权利要求4所述的基于复合材料的轴流压气机叶片设计方法， 其特征在于， 在三 维建模软件SOL IDWORKS中生成所述叶片几何厚度上的中间平面， 具体包括以下步骤： 在SOLIDWORKS中分别找出多个翼型截面的样条曲线的中间拱弧线， 从而在每个翼型截 面的样条曲线中都能够得到一条从前缘到尾缘的连线； 根据多条 连线生成面， 此面则为叶片几何厚度上的中间平面； 对叶片几何厚度上的中间平面进行网格划分形成中面网格。 6.根据权利要求5所述的基于复合材料的轴流压气机叶片设计方法， 其特征在于， 在有权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238419 A 2限元分析 软件ANSYS  WORKBENC H中生成所述叶片的复合材 料实体模型， 具体包括以下步骤： 在ANSYS WORKBENC H中， 采用ACP模块， 将网格划分后的中间平面作为铺 层的基准； 在ACP模块中根据材料及铺层方案设置纤维Fabric和层合板Stackups， 坐标系 Rosettes选用随边坐标系； 在网格划分后的中间平 面上指定参考点， 以单元的法向方向Z为 铺敷方向， 从叶片的中间面向吸力面和压力面两个相反的方向分别进行纤维布的铺设； 其 中X方向为复合材 料厚度的铺 层方向， Y方向为方向选择集的参 考方向， 即0度的铺 层方向； 将铺层基元Stackups进行堆叠生成建模组合Modeling  group， 然后根据中面网格和复 合材料的铺层定义信息、 采用拉伸算法生成叶片的复合材 料实体模型。 7.根据权利要求6所述的基于复合材料的轴流压气机叶片设计方法， 其特征在于， 在有 限元分析软件ANSYS  WORKBENCH中生成所述基于复合材料的轴流压气机叶片三维模型， 具 体包括以下步骤： 将所述叶片的三维模型导入到Geometry模块中生成虚拟几何模型Virtual   Geometries； 所述Geometry模块属于ANSYS  WORKBENCH的复合材料分析的前处理模块ACP ‑ pre； 使用虚拟几何模型Virtual  Geometries， 采用cut ‑off命令对所述叶片的复合材料实 体模型进行切割， 得到切割后的叶片的复合材 料实体模型； 导入完整的叶片的三维模型轮廓， 采用Snap命令将所述切割后的叶片的复合材料实体 模型贴附于 完整的叶片模型轮廓上， 得到所述基于复合材 料的轴流压气机叶片三维模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238419 A 3