一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114218711A(43)申请公布日2022.03.22(21)申请号202111554475.1(22)申请日2021.12.17(71)申请人山西大学地址030006山西省太原市坞城路92号(72)发明人崔康荆琳于龙女高萧(74)专利代理机构太原申立德知识产权代理事务所(特殊普通合伙)14115代理人张向莹(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06N3/12(2006.01)G06F111/06(2020.01)G06F113/08(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法(57)摘要本发明公开了一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法，属于航空发动机空心涡轮叶片精密铸造技术领域。针对目前因浇铸过程陶芯位置漂移引起的航空发动机空心涡轮叶片壁厚尺寸超差问题，从叶片型壳内部陶芯装夹工艺过程入手，分析金属浇铸液流场对陶芯型面冲压载荷以及精铸过程陶芯漂移情况，并在此基础上构建型壳内部陶芯辅助定位铂金丝定位布局优化方法，最终通过限制浇铸过程陶芯漂移，达到了空心涡轮叶片壁厚精度精确控制的目的。具体通过计算金属浇铸液在陶芯表面节点施加的压强值、对陶芯型面冲压载荷；构造陶芯表面定位方案集合，利用启发式算法在陶芯表面定位方案集合中，搜索精铸过程陶芯漂移量最小的铂金丝定位方案。CN114218711ACN114218711A权利要求书1/2页1.一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，基于流体仿真计算平台计算叶片浇铸过程中金属浇铸液在陶芯表面形成的节点压强值；步骤2，基于节点压强值及陶芯型面几何信息计算浇铸过程中金属浇铸液对陶芯型面冲压载荷；步骤3，在陶芯表面确定定位布局候选区并在每个候选区选取铂金丝辅助定位候选点，进而构造陶芯表面定位方案集合；步骤4，以金属浇铸液对陶芯型面冲压载荷为输入条件，利用遗传算法及运动仿真计算平台，在陶芯表面定位方案集合中搜索精铸过程中陶芯漂移量最小的铂金丝定位方案。2.根据权利要求1所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法，其特征在于：所述步骤1，基于流体仿真计算平台计算叶片浇铸过程金属浇铸液在陶芯表面形成的节点压强值，具体方法为：首先，在三维绘图软件中对叶片及陶芯进行建模；随后在HyperMesh进行有限元网格划分；之后将叶片及陶芯有限元模型导入流体仿真计算平台ANSYS，结合叶片浇铸工艺参数对叶片浇铸过程进行仿真计算，获取不同时刻陶芯表面各网格中心节点压强值。3.根据权利要求2所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法，其特征在于：所述步骤2，基于节点压强值及陶芯型面几何信息计算浇铸过程金属浇铸液对陶芯型面冲压载荷，还包括以下步骤：步骤2.1：提取出型腔内表面与陶芯接触区域三角形单元i对应中心点的坐标及其压强值；步骤2.2：将任意单元中心点压强pi与该单元面积SΔ的乘积作为该三角形单元上的等效力fi：fi＝pi×SΔ(1)步骤2.3：通过NX运动仿真平台二次开发从几何模型中提取三角单元中心点法向矢量ni，获得浇铸液与陶芯接触区域三角形单元i上的等效力矢量fi：fi＝fini(2)步骤2.4：将浇铸液与陶芯接触区域各三角形单元i上的等效力矢量fi合成到陶芯的质心C处，即求出该时刻浇铸液作用在陶芯上的合力FC及合力矩MC:∑fi＝FC∑fini＝MC(3)4.根据权利要求3所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法，其特征在于：所述步骤3，在陶芯表面确定定位布局候选区并在每个候选区选取铂金丝辅助定位候选点，进而构造陶芯表面定位方案集合，具体过程如下：首先，在陶芯表面确定2m个定位候选区，叶盆面2m‑1个，叶背面2m‑1个；之后在每个候选区域选取2n‑1个定位候选点作为铂金丝定位位置，其中m和n均为大于1的正整数；假设在每个定位区域安置一个或零个铂金丝辅助定位元件，则共生成2m×n种陶芯表面定位方案。5.根据权利要求4所述的一种精铸空心涡轮叶片型壳内部陶芯定位布局优化方法，其特征在于：所述步骤4，以金属浇铸液对陶芯型面冲压载荷为输入条件，利用遗传算法及运2CN114218711A权利要求书2/2页动仿真计算平台，在陶芯表面定位方案集合中搜索精铸过程陶芯漂移量最小的铂金丝定位方案，具体为优化型壳内部陶芯辅助定位铂金丝布局，创建遗传求解策略，还包括以下步骤：步骤4.1：创建精铸过程陶芯漂移运动仿真模型，根据陶芯与型壳装配关系，在NX运动仿真平台上建立陶芯漂移仿真模型，并将金属浇铸液陶芯冲