[發明專利]激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法

有效

• 申請號: 201910567345.8
• 申請日: 2019-06-27
• 公開（公告）號: CN110543654B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 胡永祥;羅明生;姚振強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F17/13;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

1.一種激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：建立基于偏微分方程約束最優化模型，確定分布式固有矩；首先根據工件的曲面方程或曲面坐標，將曲面按照一定的算法離散，并根據有限元方法，建立優化模型的離散形式，通過選擇合適的優化算法求解優化模型，計算分布式的固有矩；

步驟2：通過對分布式的固有矩進行后處理，按照固有矩大小進行分區域，將噴丸區域分布劃分成設定數量的便于工藝操作的等參區域，確定在每一個區域的激光噴丸成形掃描方案；

步驟3：根據不同參數條件下激光噴丸成形實驗建立工藝參數與固有矩對應的工藝數據庫，確定在每一塊區域固有矩對應的工藝參數，結合工藝對殘余應力的要求，進而獲得與目標曲面對應的最佳分布式激光噴丸成形工藝參數；

所述離散形式，具體為，對于曲面，通過插值或網格映射將目標曲面進行離散，對于偏微分方程約束條件通過有限元方法進行離散，離散后采用求解大規模優化算法求解最優化模型，算子選擇原始對偶內點算法或者共軛梯度法或者有限記憶BFGS法。

2.根據權利要求1所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述的偏微分方程約束最優模型包括優化變量；所述優化變量包括分布式固有矩；所述分布式固有矩是關于曲面位置的函數，即其中，為固有矩，x、y分別為曲面位置的橫坐標、縱坐標。

3.根據權利要求2所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述分布式固有矩即激光噴丸成形產生的固有應變在深度方向的矩量，其中，h為板的厚度，ε^*為固有應變，z為以板中性層為原點的深度方向坐標；分布式固有矩與板殼的彎曲滿足板殼力學的變形關系，可以通過能量泛函推導出具有顯式的表達式關系，即：

其中，D為板的彎曲剛度，w(x,y)為板的撓度曲面，Δ²為雙調和算子，E為彈性模量，μ為泊松比，分別為x和y方向的固有矩。

4.根據權利要求1所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述曲面方程或曲面坐標，具體為，以笛卡爾坐標系描述的方程Σ:z＝z(x,y)，或以參數坐標描述的參數方程其中，Σ為曲面的符號表示，為曲面的向量函數方程，u,v分別為曲面的參數坐標；所述曲面坐標，具體為在笛卡爾坐標系下的若干點的坐標，(x_i,y_i,z_i),i＝1,2,...,n，其中，n為離散后點的個數。

5.根據權利要求1所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述工藝參數與固有矩對應的工藝數據庫，具體為，表示工藝參數與固有矩對應關系的數據庫，其獲取方法為激光噴丸成形實驗，通過測量不同工藝參數下的變形，并基于固有矩與撓度變形偏微分方程關系，反推相應參數的固有矩，進而建立固有矩與不同激光噴丸工藝參數之間關系的數據庫。

6.根據權利要求1所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述等參區域，具體為根據最優化模型計算的固有矩的等高線劃分確定，在兩條等高線之間的區域其固有矩近似為平均值，其取值在工藝參數與固有矩對應的工藝數據庫之內。

7.根據權利要求1所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述激光噴丸成形掃描方案，具體為，在等高線確定的等參區域內，確定激光掃描的等距直線或等距曲線，等距直線或等距曲面將等參區域完全填充，其間距由激光掃描的搭接率確定，并更具固有矩確定每一條直線的掃描速度。

8.根據權利要求1所述的激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，其特征在于，所述最佳分布式激光噴丸成形工藝參數，具體為，工藝參數與該區域的固有矩滿足數據庫的對應關系，并且由該固有矩產生的殘余應力滿足性能要求。