[發明專利]用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法及系統

有效

• 申請號: 202011101699.2
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112052542B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 劉爽;程峰;張顯程;李志強;韓曉寧;龔從揚;張開明;劉怡心;張成成;涂善東
• 申請（專利權）人: 華東理工大學;中國航空制造技術研究院;中國航發商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F113/26;G06F119/20
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;熊俊杰

1.一種用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：確定變幅桿的目標性能參數、材料參數和結構參數，并隨機生成初始變幅桿；

S2：對所述初始變幅桿建立有限元模型；

S3：對所述有限元模型進行模態分析和諧響應分析，并提取模態分析和諧響應分析的結果；

S4：根據模態分析和諧響應分析的結果對初始變幅桿進行優化求解。

2.根據權利要求1所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，所述目標性能參數包括諧振頻率和放大系數，所述材料參數包括密度、彈性模量、泊松比和超聲波波速，所述結構參數包括變幅桿的大端半徑、小端半徑、長度、形狀種類和約束條件。

3.根據權利要求1所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，步驟S2包括：

S21：生成初始變幅桿軸截面母線形狀的參數方程；

S22：選取初始變幅桿軸截面母線的關鍵點坐標，將所述關鍵點依次相連，形成軸截面；

S23：將所述軸截面繞軸線旋轉拉伸360°形成三維模型；

S24：確定所述三維模型的單元類型和單元尺寸，對所述三維模型進行自適應網格劃分。

4.根據權利要求3所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，所述S22中關鍵點的選取方法為：

-對于階梯形和圓錐形變幅桿，選取線段端點作為關鍵點；

-對于樣條曲線形變幅桿，選取樣條曲線插值點作為關鍵點；

-對于指數形和貝塞爾曲線形變幅桿，均勻選取100-300個軸截面母線上的點作為關鍵點；

-對于復合形變幅桿，所述關鍵點為不同形狀變幅桿的關鍵點的并集。

5.根據權利要求3所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，所述S24中確定所述三維模型的單元類型為通過截面母線處是否有導數值不連續處來判斷其是否有截面突變來確定：

-如果軸截面母線處有導數值不連續處，則有截面突變，單元類型為四面體單元；

-如果軸截面母線處沒有導數值不連續處，則沒有截面突變，單元類型為六面體單元。

6.根據權利要求3所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，所述S24中確定所述三維模型的單元尺寸為根據變幅桿的小端半徑r的值確定單元尺寸：

-當r≤3mm時，單元尺寸設為0.2mm；

-當3mm＜r≤5mm時，單元尺寸設為0.4mm；

-當r＞5mm時，單元尺寸設為0.5mm。

7.根據權利要求1所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，步驟S3具體包括：

S31：根據所述目標性能參數設定模態分析的頻率和階數，完成模態分析；

S32：根據所述目標性能參數設定諧響應分析的頻率，完成諧響應分析；

S33：從模態分析結果中提取初始變幅桿的固有頻率，從諧響應分析結果中提取初始變幅桿的放大系數M和靜止節點位置x_s。

8.根據權利要求7所述的用于葉片表面強化的超聲滾壓變幅桿智能設計方法，其特征在于，所述S33中提取放大系數M的方法為：

S331：首先選取固有頻率下初始變幅桿大端面的所有節點并計算初始變幅桿大端面所有節點的平均振幅X，如果X＜0.001mm，則判斷該模態下變幅桿不為縱振，反之，則判斷該模態下變幅桿為縱振；

S332：然后提取縱振變幅桿大端面和小端面所有節點的振幅，分別計算大端面所有節點的平均振幅BIG_AVE和小端面所有節點的平均振幅SMA_AVE，通過計算得到放大系數M，其中，