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李明,张小娟,余德启,舒伟林,程凯.基于傅里叶级数的汽轮机叶根轮槽结构设计[J].计算力学学报,2020,37(2):165~170
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基于傅里叶级数的汽轮机叶根轮槽结构设计
Structural design of root and groove for turbine with Fourier series
投稿时间:2019-03-23  修订日期:2019-05-06
DOI:10.7511/jslx20190323002
中文关键词:  傅里叶级数  枞树型叶根轮槽  结构优化  KS函数  峰值应力
英文关键词:Fourier series  fir-tree root and groove  structural optimization  KS function  peak stress
基金项目:国家自然科学基金(11672056)资助项目.
作者单位E-mail
李明 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024 mingli@dlut.edu.cn 
张小娟 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室, 大连 116024  
余德启 上海汽轮机厂有限公司 上海电气, 上海 200240  
舒伟林 上海汽轮机厂有限公司 上海电气, 上海 200240  
程凯 上海汽轮机厂有限公司 上海电气, 上海 200240  
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中文摘要:
      提出了一种基于傅里叶级数的枞树型叶根轮槽的优化设计方法。在叶根轮槽构型表征方面,采用傅里叶级数-直线法,与传统的圆弧-直线法相比,不但具有高保真度和完备性,还扩大了优化的搜索空间,减少了设计变量数目,有效降低计算代价。在优化设计方面,为避免以最小化峰值应力为目标函数引起的迭代震荡和不收敛现象,采用KS函数凝聚应力值,降低了优化问题的非线性程度,保证优化快速稳定收敛。以三齿枞树型叶根轮槽为实例,优化结果表明,傅里叶级数-直线法和KS凝聚法优化可有效降低汽轮机叶根轮槽的应力水平,提高汽轮机结构的可靠性。同时,提出的结构表征和优化设计方法具有较高的通用性和实际工程应用价值,可方便扩展至其他工程结构型线设计。
英文摘要:
      In this paper,we propose an optimization approach for the fir-tree root and groove of a turbine with Fourier series.The root and groove configuration are characterized with a combination of Fourier series and straight lines.Compared with the combination of arcs and lines,the Fourier series approach has high fidelity,completeness and wider searching domain for structural optimization and effectively reduce the number of design variables and the computational cost.For the design optimization,to avoid the iterative oscillation and convergence problem caused by the objective function to minimize the peak stress in existing research,the KS function is employed to aggregate the stress values,which is helpful to reduce the nonlinear level of the optimization problem and ensure the stable convergence.Taking fir-tree root and groove with three teeth as an example,the Fourier series-line approach and the KS aggregation function are effective to reduce the stress level of the turbine root and groove and improve the reliability of a turbine structure.Meanwhile,the characterization and optimization approach proposed in our paper has a high versatility and promising industrial applications,and can be easily extended to configuration optimization for other industrial structures.
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