[發明專利]一種可實現空心結構設計的空心葉片毛坯計算方法

在審

• 申請號: 202011202282.5
• 申請日: 2020-11-02
• 公開（公告）號: CN112395698A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 王寧;陳明和;史文祥;謝蘭生;武永;左敦穩
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15;G06F30/23;G06F111/04;G06F111/10
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開了一種可實現空心結構設計的空心葉片毛坯計算方法，包括如下步驟：1）提取兩層板空心葉片的各空心型腔表面并縫合填充形成多個實體化空心型腔；2）得到分瓣空心葉片和分瓣實體化空心型腔；3）實現分瓣空心葉片及分瓣實體化空心型腔的逆向扭轉及整平有限元模擬；4）得到兩瓣帶有空心型腔與加強筋結構的空心葉片毛坯；5）對比模擬結果及空心葉片數模，修整葉片毛坯，添加機械加工余量，完成兩層板空心葉片毛坯設計。本發明的方法依據空心葉片模型及其成形過程變形分析，對空心葉片進行毛坯展開計算，為兩層板空心葉片制造提供準確的毛坯數模，保障葉片外形以及空心型腔與加強筋結構的成形精度。

技術領域

本發明屬于葉片精密塑性成形領域，具體指代一種可實現空心結構設計的空心葉片毛坯計算方法。

背景技術

寬弦空心風扇葉片能夠有效提升航空發動機性能，其精密成形技術是先進航空發動機制造領域的關鍵技術之一。航空發動機寬弦空心風扇葉片葉身由兩側蒙皮及中間加強筋組成，通常為變截面結構且具有一定扭轉角度，內部空心結構通過加強筋分隔出多個空心型腔，可以在保證承載能力前提下實現減重目的。常見的航空發動機兩層板寬弦空心風扇葉片成形過程為：首先應用高溫擴散將兩瓣預先加工出空心結構的葉片毛坯連接為一個整體，然后通過高溫扭轉預成形出葉片基本形狀，再在熱壓模具中進行熱沖壓及高溫氣壓脹形，最終通過機械加工去除余量完成空心葉片精加工。在成形過程中空心葉片毛坯經過了多道次塑性變形，材料流動復雜，若空心葉片毛坯設計不準確將造成成形后局部材料不足、空心型腔及加強筋偏離設計要求等缺陷。空心葉片毛坯決定了葉片蒙皮外形、空心型腔及加強筋結構的尺寸精度，影響了葉片氣動、質量、剛度、強度及振動等關鍵性能。另一方面，空心葉片毛坯也決定了機械精加工量，精確的毛坯設計能夠有效節約材料、時間等成本。因此，空心葉片毛坯計算對于保證空心葉片外形精度、使用性能、提高生產效率以及控制生產成本具有重要意義。

對于形狀不規則的復雜零件，采用經驗解析等方法難以獲得準確的毛坯形狀，基于有限元方法進行毛坯計算能夠提高毛坯設計精確性及效率。目前，針對外形復雜的航空發動機空心風扇葉片的毛坯計算方法較少。中國發明專利申請號為CN201510824140.5，名稱為“一種數值模擬優化葉片輥軋模具及毛坯設計的方法”中實現了輥軋實心葉片的毛坯計算，但是其數值模擬過程中葉片變形方式與空心葉片的成形過程差異巨大，且未考慮葉片分瓣以及空心結構設計。中國發明專利申請號為CN201310457237.8，名稱為“一種空心葉片近凈成形展平毛坯計算方法”中通過中性面對葉片進行分瓣劃分，然而在展平模擬中其簡單的對實心葉片采用兩剛性平面直接加壓，不能充分考慮葉片扭轉過程的材料流動，易導致葉片毛坯局部材料不足或冗余，后續毛坯設計修整工作量大，而且也未考慮空心型腔及加強筋結構的逆向展開，無法獲得可實現空心結構設計的空心葉片毛坯。上述方法獲得的葉片毛坯能夠保證成形葉片的外表面形狀尺寸，但由于未考慮空心型腔及加強筋設計要求，因此不能實現空心葉片毛坯的精確計算。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種可實現空心結構設計的空心葉片毛坯計算方法，以解決現有毛坯計算方法無法實現航空發動機兩層板寬弦空心風扇葉片空心結構設計的問題。本發明的方法依據空心葉片模型及其成形過程變形分析，應用有限元仿真方法，對空心葉片進行毛坯展開計算，為兩層板空心葉片制造提供準確的毛坯數模，保障葉片外形以及空心型腔與加強筋結構的成形精度。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的一種可實現空心結構設計的空心葉片毛坯計算方法，包括如下步驟：

1）提取兩層板空心葉片的各空心型腔表面并縫合填充形成多個實體化空心型腔；

2）依據空心葉片三維數模葉盆及葉背型面作中性面，將空心葉片及實體化空心型腔各分割為兩瓣，從而得到分瓣空心葉片和分瓣實體化空心型腔；