[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

本發明提供了一種激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，包括如下步驟：基于板殼力學建立撓度曲面與固有矩的函數關系，以分布式的固有矩函數為設計變量，建立基于偏微分方程約束的最優化模型；根據工件的曲面參數方程或曲面坐標，將目標曲面離散并選擇合適的優化算法求解優化模型，計算分布式的固有矩；根據分布式的固有矩的大小分成若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；通過實驗建立工藝參數與固有矩對應的工藝數據庫，確定實驗工藝參數，結合殘余應力的要求，確定最佳分布式工藝參數。本發明在彈性板殼理論基礎上建立復雜曲面成形工藝參數的確定方法，具有較高的效率和精度。

技術領域

本發明涉及特種機械制造技術，具體地，涉及一種激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，尤其涉及一種用于確定激光噴丸成形復雜曲面形狀工件具有分布式特征的工藝參數的方法。

背景技術

激光噴丸成形利用激光誘導的等離子體爆炸波作用于板材使其產生塑性變形的一種近凈無模成形技術，該工藝在機翼壁板、航天運載火箭燃料箱等大型結構具有緩慢曲率變化的復雜曲面形狀工件成形中具有廣闊的應用前景。由于該工藝采用激光作為能量源，工藝參數可控性強，從而更易于實現大型曲面工件的精確成形。但是，由于激光噴丸成形工藝是一種無模成形工藝，其成形整體壁板等工件需要通過控制成形表面激光噴丸參數和路徑來實現的。由于沒有確定的模具來保證獲得目標形狀，給工藝參數和噴丸路徑的控制帶來了極大的困難。

申請號為200510040116.9的中國發明公開的一種激光噴丸成形中厚板材方法，其方法以零件的曲面幾何特征為基礎計算成形曲面所需應力場分布，進而通過優化算法獲得最優的沖擊壓力以及噴丸掃描軌跡，但是該方法沒有關注引起曲面變形的根本原因，也沒有提供如何獲得工藝參數的具體方法細節，對復雜壁板的成形難度很大；申請號為201310384814.5的中國發明公開的一種整體壁板的數字化噴丸成形方法，對整體壁板的幾何信息及材料特性進行分析后，確定噴丸路徑和噴丸工藝參數。由于該方法完全建立在幾何特征的基礎上，對變形的力學過程反映不充分，因此其計算準確性有限，無法獲得復雜曲面的計算，而且計算效率和精度都難以滿足實際需求。申請號為201510102659.2的中國發明專利公開一種確定復雜曲面形狀激光噴丸成形工藝參數的方法，該發明根據工件的曲面參數方程，分析工件的曲面幾何特征并計算主應變方向，以主應變方向作為激光噴丸掃描方向，并根據有限元模型優化模型以及固有應變響應面模型確定激光噴丸成形最優工藝參數。由于不同的固有應變對應相同的變形，該方法一般無法得到確定解，而且對于某些復雜曲面無法獲得固有應變的分布。

綜上所述，現有的關于激光噴丸成形工藝參數確定的方法過于依賴曲面的幾何特征，缺乏考慮其變形的根本原因，即在深度方向具有梯度變化的固有應變，也沒有找到設計變量與變形的直接關系。而且，以幾何信息為基礎的建立的優化模型，由于受制于計算效率的約束，其設計變量的維數是有限的，因此無法獲得復雜及其一般性的曲面。此外，固有應變與變形位移具有線性多對一映射關系，在給定邊界條件下，由固有應變可以確定唯一的變形。反之，由變形卻可以確定多個與之對應的固有應變。因此，基于固有應變的工藝規劃是不適定的。所以，目前依然亟需一種基于曲面變形本質特征可以用于確定復雜曲面形狀工件激光噴丸成形工藝參數的方法。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法。

根據本發明提供的一種激光噴丸成形復雜曲面分布式工藝參數的確定方法，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；