申请/专利权人：西北工业大学

申请日：2024-01-10

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN117874953A

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/20;G06F111/04;G06F111/10

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.30#实质审查的生效;2024.04.12#公开

摘要：为了厘清叶片几何模型随着时间变化的过程以及不同阶段模型尺寸的变化规律，本发明提出一种单晶叶片定向凝固和去除约束过程中的时变模型构建方法。首先，将模具几何尺寸设计作为初始时刻t0，在t1时刻完成叶片定向凝固过程的数值模拟，在此基础之上，通过将上一阶段最终物理场提取并映射到下一阶段，依次在t2,t3,t4,t5时刻完成模壳f2、工艺筋f3、引晶段f4和陶芯f5共四次去约束过程，成功建立定向凝固和去约束过程的时变模型，其中提取映射操作在xyz三个方向引起的误差均小于0.002mm，证明了数据传递的可靠性。模拟结果表明，距离叶身20％，50％和80％处的截面1、截面2和截面3的平均偏差分别为0.1896mm,0.1697mm和0.1909mm。五个阶段的最大位移Df1x,y,z,ti均出现在靠近叶尖的后缘处。最后通过实验对叶片的三个截面尺寸进行了验证，表明了所构建时变模型的有效性。

主权项：1.单晶叶片定向凝固和去除约束过程中的时变模型构建方法，该方法的特征在于包括以下步骤：步骤1：首先，对涡轮叶片结构进行简化，剔除横向肋和小孔但保留纵向肋，尽可能还原叶片的真实尺寸。考虑到叶片几何结构和边界条件的对称性，我们只需对1模型进行数值模拟，以减少准备和数值计算的时间。步骤2：利用UG将铸件系统分离成四个不同部分，包括叶片f1、工艺筋f3、螺旋选晶器f4和陶芯f5，是一个关键的操作步骤。其目的是为了后续通过逐一删除它们的方式去除所有约束。步骤3：利用HyperMesh对铸件模型进行预处理，网格尺寸大小根据结构不同而变化。步骤4：铸件在不同阶段的状态可以看作随时间变化的函数，即时变模型 其中，Tt代表温度分布，σt表示应力分布，Dt表示位移分布。将步骤3处理后的模型导入ProCAST，检查网格无误后，在Visual-Mesh下的Shelling模块里通过设置添加对称面和无壳面生成陶瓷模壳f5，因此铸件模型分为五个子集，可表示为：fx,y,z,t＝{f1,f2,f3,f4,f5}2其中fx,y,z,t表示模型在t时刻的状态；f1为需要保留的涡轮叶片；f2，f3，f4和f5是需要剔除的四个约束，分别模壳、工艺筋、螺旋选晶器和陶芯。步骤5：在Visual-Cast模块中赋予f1—f5模型不同的材料、初始温度和应力类型，添加换热系数、设置边界条件和运行参数，完成定向凝固数值模拟。此时总位移场为所有组成部分的位移场叠加：Df＝{Df1x,y,z,t,Df2x,y,z,t,Df3x,y,z,t,Df4x,y,z,t,Df5x,y,z,t}3其中Df1x,y,z,t表示叶片模型在t时刻的位移场；Df2、Df3、Df4和Df5分别表示四个约束的位移场。模型的温度场为Tf＝{Tf1,Tf2,Tf3,Tf4,Tf5}。步骤6：将模具尺寸设计作为初始时刻t0，定向凝固结束为t1时刻，随后，需要采用橡胶锤或振动法击碎模壳f2；在去除模壳约束后，通过线切割将铸件与工艺筋f3和螺旋选晶器f4分离；此时陶芯仍然在叶片内部，因此还需要利用强碱液NaOH去除陶芯约束f5。本发明通过提取上一阶段最终物理场映射作为下一阶段的初始条件，逐步在t2,t3,t4和t5时刻完成f2，f3，f4和f5四次约束去除过程的数值模拟，依次表示为： 其中Df表示模型初始时刻位移场；Df0表示制作蜡模和模壳引起的尺寸变化；Df1表示定向凝固引起的尺寸变化；Df2—Df5分别表示去除约束f2—f5引起的尺寸变化，叶片在ti时刻的位移场为Df1x,y,z,ti。上式概括如下 当所有约束都被移除后，只保留涡轮叶片。最终叶片的温度场和位移场为 其中Tf1x,y,z,t4＝25℃；Df1x,y,z,t4需要满足设计要求。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西北工业大学 单晶叶片定向凝固和去除约束过程中的时变模型构建方法

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