【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空发动机试验，尤其涉及一种用于模拟盘锻件预旋转工艺的模拟件设计方法。
技术介绍
1、航空发动机热端转动部件主要采用高温合金制造，包括高压与低压涡轮盘、压气机盘、篦齿盘等，这些高温合金盘锻件在锻造、热处理工序中不可避免地会引入残余应力，过高的残余应力会影响这些盘锻件在服役过程中的尺寸稳定性，进而影响发动机的工作效率甚至引发故障。
2、预旋转工艺是近年来新兴的一种消除高温合金盘锻件残余应力的方法，关于预旋转工艺的研究目前大部分集中在预旋转工艺本身的参数调控上，但由于航空发动机的高温合金盘锻件一般尺寸较大，造价较高，旋转工艺参数如有不合适就可能无法达到预期的内应力调控效果，造成原材料浪费。在现有技术中，虽有人将计算机模拟技术应用于模拟预旋转工艺以试图通过模拟的方法寻找合适的旋转工艺参数，然而这些计算机模拟方法在模拟预旋转工艺时存在模拟结果和实际存在较大差距、模拟效率较低等问题，这些瓶颈问题限制了其发展和应用。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种用于模拟盘锻件预旋转工艺的模拟件设计方法，用以解决现有针对高温合金大型盘锻件的预旋转工艺的模拟方法存在的以下问题中的至少一个：(1)模拟结果和实际存在较大差距；(2)模拟效率较低；(3)难以准确评估预旋转后的材料力学性能变化。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术提供了一种用于模拟盘锻件预旋转工艺的模拟件设计方法，所述方法包括以下步骤：
5、s2、基于对初始模型进行线弹性力学分析后的应力应变结果，对初始模型中无明显结构强度关联的结构特征进行剔除；然后进行尺寸缩比，得到简化模型；
6、s3、对简化模型进行线弹性力学分析得到应力应变结果，判断初始模型的线弹性力学分析和简化模型的线弹性力学分析的应力应变结果是否一致；
7、s4、基于s3的判断结果，如果不一致，返回s3优化线弹性力学分析中的转速，或返回s2调整简化模型并进行s3，通过迭代优化，直到s2和s3的应力应变结果一致，将能够产生一致的应力应变结果的简化模型、转速分别作为模拟件模型、工艺试验转速；
8、s5、基于s4的所述模拟件模型制作模拟件并在所述工艺试验转速下进行预旋转试验，验证模拟件模型以及模拟件对于模拟实际盘锻件预旋转工艺的准确性和可靠性。
9、进一步，步骤s2中，所述尺寸缩比的比例控制在50～75％。
10、进一步，步骤s2中，所述尺寸缩比还满足：能够从基于s4的所述模拟件模型制作的模拟件中取出多个用于力学性能测试的标准试样；步骤s5还包括：预旋转试验后，从所述模拟件上取出多个标准试样，通过力学性能测试得到标准试样的材料力学性能，根据标准试样的材料力学性能评估盘锻件在预旋转工艺后的材料力学性能变化。
11、进一步，步骤s1中，所述盘锻件为具有旋转对称性的盘轴一体锻件，包括圆柱形主体，所述圆柱形主体内部开设一个或多个台阶内孔，所述圆柱形主体的外壁垂直向外延伸形成一个或多个盘状结构，所有台阶内孔的中心轴与圆柱形主体的中心轴重合。
12、进一步，步骤s1中，所述初始模型为二维轴对称几何模型。
13、进一步，步骤s2中，所述简化的主要步骤包括：对盘锻件中所述台阶内孔以上的薄壁区进行剔除，只保留靠近台阶内孔的沿轴向5％～15％薄壁区。
14、进一步，所述简化的主要步骤还包括：对盘锻件中远离所述薄壁区的另一端部至相邻盘状结构之间的厚壁区进行剔除，但保留靠近相邻盘状结构的沿轴向50％-70％厚壁区。
15、进一步，所述线弹性力学分析包括：模型准备、初始条件设置、边界条件和载荷施加；其中，所述初始条件设置包括：初始应力设为零，初始温度设为室温；
16、所述边界条件和载荷施加包括：对所述模型的上下端面的径向位移固定，然后对整个所述模型施加旋转转速载荷。
17、进一步，所述线弹性力学分析包括：材料属性定义、网格划分；其中，所述材料属性定义包括：定义杨氏模量为210～220gpa，泊松比为0.25～0.35、室温屈服强度为1100～1150mpa、室温抗拉强度为1500～1550mpa；和/或，
18、所述网格划分包括：网格类型选择二维四边形单元网格，所述模型过渡直角处的网格尺寸为0.1mm～0.5mm，其余部分的网格尺寸为1mm～2mm。
19、进一步，步骤s4具体包括以下步骤：
20、s41、如果应力应变结果的分布趋势一致，只是数量级不一致，利用有限元分析软件中的参数化仿真功能，对s3中线弹性力学分析的转速进行优化，直到确定当量转速，其可以使s2和s3的应力应变结果的分布趋势和数量级均一致；
21、s42、如果应力应变结果的分布趋势不一致，返回s2，调整所述无明显结构强度关联的结构特征和/或尺寸缩比，然后进行s3。
22、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
23、本专利技术提供了一种用于模拟盘锻件预旋转工艺的模拟件设计方法，实现了准确、高效地模拟实际盘锻件在预旋转工艺的应力应变和性能变化。
24、(1)利用本专利技术方法确定的“模拟件模型+工艺试验转速”能够准确且可靠地预测实际盘锻件在预旋转工艺后的内应力调控效果，从而更好地指导工艺参数的优化，并做出更加科学和精确的工艺决策，进而有助于提高高温合金大型盘锻件的质量。具体的，本专利技术依据对盘锻件进行线弹性力学分析后的结果，对盘锻件的初始模型进行合理的结构简化并进行尺寸缩比，得到简化模型；基于对简化模型进行线弹性力学分析后的结果与初始模型的结果进行对比，通过优化简化模型和/或转速，以找到能够保证“初始模型”和“简化模型”的应力应变分布一致的“简化模型”和“转速”，将其初步确定为“模拟件模型”和“工艺试验转速”；基于“模拟件模型”和“工艺试验转速”进行预旋转试验，通过试验验证的方式，进一步确保基于“模拟件模型”和“工艺试验转速”进行预旋转模拟和工艺试验的结果和实际盘锻件经预旋转后的结果是一致的，换言之，保证了基于“模拟件模型+工艺试验转速”进行预旋转模拟和工艺试验的结果与实际盘锻件经预旋转后的结果之间的差异很小。
25、(2)在模型简化时，合理的结构特征剔除以及进行尺寸缩比可以减少计算，提高基于“模拟件模型+工艺试验转速”进行预旋转计算机模拟时的计算效率；相比于现有的模拟方法，基于本专利技术设计方法得到的“模拟件模型+工艺试验转速”对实际盘锻件预旋转工艺进行模拟时，精度更高，而且效率也得到了显著提升。
26、(3)在一些优选的实施方式中，模拟盘的尺寸缩比控制在50-75％；如此设置，可以使工艺可行性、成本效益达到最佳平衡。进一步，尺寸缩比还满足：可以从基于“模拟件模型”制作的模拟件中取出多个用于力学性能测试的标准试样，以便预旋转试验后开展力学性能测试，由于“模拟件模型+工艺试验转速”对于实际盘锻件在预旋本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于模拟盘锻件预旋转工艺的模拟件设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述尺寸缩比的比例控制在50～75％。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，步骤S2中，所述尺寸缩比还满足：能够从基于S4的所述模拟件模型制作的模拟件中取出多个用于力学性能测试的标准试样；步骤S5还包括：预旋转试验后，从所述模拟件上取出多个标准试样，通过力学性能测试得到标准试样的材料力学性能，根据标准试样的材料力学性能评估盘锻件在预旋转工艺后的材料力学性能变化。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述盘锻件为具有旋转对称性的盘轴一体锻件，包括圆柱形主体，所述圆柱形主体内部开设一个或多个台阶内孔，所述圆柱形主体的外壁垂直向外延伸形成一个或多个盘状结构，所有台阶内孔的中心轴与圆柱形主体的中心轴重合。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述初始模型为二维轴对称几何模型。
6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，步骤S2中，
7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，所述简化的主要步骤还包括：对盘锻件中远离所述薄壁区的另一端部至相邻盘状结构之间的厚壁区进行剔除，但保留靠近相邻盘状结构的沿轴向50％-70％厚壁区。
8.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述线弹性力学分析包括：模型准备、初始条件设置、边界条件和载荷施加；其中，所述初始条件设置包括：初始应力设为零，初始温度设为室温；
9.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述线弹性力学分析包括：材料属性定义、网格划分；其中，所述材料属性定义包括：定义杨氏模量为210～220Gpa，泊松比为0.25～0.35、室温屈服强度为1100～1150MPa、室温抗拉强度为1500～1550MPa；和/或，
10.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤S4具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种用于模拟盘锻件预旋转工艺的模拟件设计方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤s2中，所述尺寸缩比的比例控制在50～75％。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，步骤s2中，所述尺寸缩比还满足：能够从基于s4的所述模拟件模型制作的模拟件中取出多个用于力学性能测试的标准试样；步骤s5还包括：预旋转试验后，从所述模拟件上取出多个标准试样，通过力学性能测试得到标准试样的材料力学性能，根据标准试样的材料力学性能评估盘锻件在预旋转工艺后的材料力学性能变化。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，步骤s1中，所述盘锻件为具有旋转对称性的盘轴一体锻件，包括圆柱形主体，所述圆柱形主体内部开设一个或多个台阶内孔，所述圆柱形主体的外壁垂直向外延伸形成一个或多个盘状结构，所有台阶内孔的中心轴与圆柱形主体的中心轴重合。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，步骤s1中，所述初始模型为二维轴对称几何模型。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李敬轩，王浩，刘光旭，杨胜凯，任酉侗，沙爱学，李兴无，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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