一种涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标设计方法.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CN106202686A(43)申请公布日2016.12.07(21)申请号201610522957.1(22)申请日2016.07.06(71)申请人中南大学地址410083湖南省长沙市麓山南路932号(72)发明人蔺永诚李佳刘延星陈明松(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标设计方法(57)摘要本发明公开了一种涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标优化设计方法。该方法包括如下步骤：(1)根据涡轮盘的几何特征，初步设计其预成形坯料的形状；(2)确定多目标优化设计的设计变量和目标函数；(3)建立设计变量与目标函数之间的预测模型；(4)根据建立的预测模型，进行多目标同时优化得到最佳的预成形坯料形状。本发明能够有效地进行涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标优化设计，由所述方法设计的预成形坯料形状，可以在保证充型完整的条件下，同时满足涡轮盘模锻件变形均匀、晶粒细化和动态再结晶充分的要求，为提高涡轮盘模锻件的品质提供了一种新技术。CN106202686ACN106202686A权利要求书1/1页1.一种涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标优化设计方法，其特征在于通过所述方法设计的预成形坯料形状，可以在保证充型完整的条件下，同时满足涡轮盘模锻件变形均匀、晶粒细化和动态再结晶充分的要求，所述方法包括如下步骤：步骤1：根据涡轮盘的几何特征，初步设计其预成形坯料的形状；步骤2：确定多目标优化设计的设计变量和目标函数；步骤3：建立设计变量与目标函数之间的预测模型；步骤4：根据建立的预测模型，进行多目标同时优化得到最佳的预成形坯料形状。2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤1所述的涡轮盘具有回转对称特征，因此可采用二维轴向截面的二分之一来描述预成形坯料的形状，所述二维轴向截面的二分之一可以采用不同尺寸的矩形和梯形来描述。3.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤2所述多目标优化设计的设计变量是所述矩形和梯形的几何尺寸，所述多目标优化设计的目标函数分别是描述终锻件变形均匀程度的等效应变标准差值平均晶粒尺寸(ddrx)和动态再结晶分数(Xdrx)。4.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤3所述的设计变量与目标函数之间的预测模型是基于神经元网络建立的，如式(1)所示：其中，F1,F2,...,Fn表示多目标优化设计的目标函数，a1,a2,...,an表示多目标优化设计的设计变量，f1,f2,...,fn是神经元网络模型。5.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤4所述的涡轮盘预成形坯料的多目标优化设计过程如式(2)所示：其中，aL1,aL2,...,aLn和aH1,aH2,...,aHn分别表示所述设计变量的上限值和下限值，FL1,FL2,...,FLn和FH1,FH2,...,FHn分别表示所述目标函数优化范围的上限值和下限值，g表示预成形坯料多目标优化设计的约束，gL和gH分别表示约束的上限和下限值，采用多目标遗传算法，在设计变量区间内进行多目标同时寻优得出所述最佳的预成形坯料形状。2CN106202686A说明书1/5页一种涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标设计方法技术领域：[0001]本发明属于锻造技术领域，涉及一种涡轮盘等温模锻预成形坯料的多目标优化设计方法。背景技术：[0002]涡轮盘是航空航天发动机内部的关键部件，长期服役于高温、高压、强腐蚀等恶劣的工作环境，有着极为苛刻的尺寸精度要求和性能要求。目前，涡轮盘模锻成形工艺面临着充填困难、变形不均匀和晶粒粗大、再结晶不充分等问题，无法保证涡轮盘锻件的品质。工业上一般通过预成形的方法来改善涡轮盘模锻件的品质，涡轮盘预成形坯料的形状与终锻件的形状相对应，可以影响坯料材料在模具型腔中的分配和流动，从而影响成形锻件的尺寸精度、变形均匀性与微观组织。因此，如何合理地设计预成形坯料，提高锻件的尺寸精度、变形均匀性，并获得预期的微观组织，是现有涡轮盘锻造技术面临的一个新挑战。[0003]目前，预成形坯料的优化设计方法主要有以下几种：一种是反复实验法，通过大量的实验，确定最佳的预成形坯料形状。另一种是样条曲线法，采用样条曲线来表征预成形坯料的形状，通过优化样条曲线上控制点的坐标来优化预成形坯料的形状。此外，利用响应面法、神经网络方法、敏感性分析等优化方法，建立设计变量与目标函数之间的预测模型来进行全局寻优，也是一种有效的预成形坯料优化设计方法。[0004]国内外学者在涡轮盘预成形坯料优化设计方面进行了大量的研究，然而，反复实验法需要消耗大量人力和财力，设计成本高昂；样条曲线法优化出来的坯料形状一般与终锻件相似，导致预成形模具的制作十分复杂且成本