基于逆向工程技术的涡轮叶片型面精铸位移场测评

针对涡轮叶片型面精铸位移场测量评估问题,提出一种基于逆向工程的评测方法。通过三坐标测量机对实际铸件进行测量重构出型面,采用两步配准算法计算出测量模型与CAD模型的空间变换矩阵并将测量模型进行坐标变换,然后计算出测量模型各节点相对于CAD模型的法向偏移距离作为该节点的位移量并可用于后续模具的精确修正。该方法实现了对涡轮叶片型面精铸变形量的精确评测,为模具的精确修模提供了良好的技术支持。

航空发动机涡轮叶片精铸模具集成设计系统

为满足航空发动机涡轮叶片精铸模具设计、制造、叶片铸件检测流程对信息集成的需求,提出构建精铸模具集成设计系统平台。给出了系统框架总体结构,研究了集成平台构架、设计主模型构建及设计信息管理、模具型腔反变形设计、模具智能设计、叶片无损检测与评估等关键模块的实现方法。该系统能有效的将模具设计和叶片检测的数据流进行管理,优化设计流程,达到集成设计目的。

航空发动机涡轮叶片精密成形技术及其发展趋势

空心涡轮叶片一直是制约我国高性能航空发动机研制的瓶颈。针对空心涡轮叶片精铸合格率较低的问题,在讨论涡轮叶片精密铸造工艺的基础上,从精铸"控形"及"控性"两方面,对涡轮叶片精铸成形技术的研究成果进行了总结。此外,围绕未来更高性能航空发动机涡轮叶片,从材料、结构、工艺的角度对其发展趋势进行了讨论。分析认为,陶瓷基复合材料有望在发动机涡轮叶片上得到更广泛的应用。

一种权值约束的精确配准算法

针对数据与模型的精确配准问题,提出一种权值约束的配准算法,通过对配准点施加不同的权值,利用权值约束保证模型重要区域的配准精度。首先,论文基于经典配准模型,引入权重因子,建立了改进的权值约束的配准模型。针对配准模型的求解问题,通过对现有SVD-ICP算法进行适应性改进,提出并研究了带权SVD-ICP(wSVD-ICP)算法,重点推导了基于wSVD算法求解旋转矩阵R和平移矩阵T的过程。最后,论文利用仿真数据和实测数据对配准模型进行了验证;计算结果表明,论文所提算法通过对精度要求较高区域分配高权值进行约束,可有效提升该局部区域的配准精度;同时,可在一定程度上改进整体配准精度和效率。

带变形涡轮叶片精确配准算法研究

为满足航空发动机精铸涡轮叶片壁厚偏差分析需要,提出了一种基于变形函数的精铸涡轮叶片检测模型非刚体配准算法。首先,进行测量数据与CAD数据全局配准并对测量数据整体空间变换;然后,通过对变换后的测量数据与CAD模型的切片化处理及切片数据配准运算,分析叶片弯扭变形规律,实现测量数据的变形校正,达到测量数据与CAD模型的无变形配准,从而提高配准精度,为后续分析提供高精度数据。

基于知识的涡轮叶片精铸模具智能设计系统框架

针对涡轮叶片精铸模具设计过程中存在的设计周期过长、专家知识重用率不高、智能化程度不高等问题,提出将知识工程引入涡轮叶片精铸模具设计领域,构建基于知识的精铸模具智能化设计系统,在此基础上,重点研究了智能设计系统中相关关键技术。应用结果表明,该系统能有效地对专家知识进行继承利用,提高模具设计效率和质量。

基于混合推理的涡轮叶片精铸模具智能设计

通过对航空发动机涡轮叶片精铸模具设计内容和领域知识特点的分析,提出以CBR(Case-based Reasoning)方式进行初步设计,RBR(Rule-based Reasoning)方式进行设计修改的精铸模具智能设计推理模型。针对精铸模具方案设计阶段的CBR推理,研究实例表达及检索技术,有效提高推理效率,在CBR基础上,采用RBR对设计方案进行修正改进,提高精铸模具设计质量。实例验证表明,所提出的相关算法为实现精铸模具设计的智能化提供了新的思路。

单晶叶片铸造过程中界面换热系数的确定

为有效提高铸造数值模拟的准确性,以单晶空心涡轮叶片为典型件,设计试验方案,采用钨铼热电偶进行温度场数据采集工作。通过实测温度场、数值模拟温度场与界面换热系数反向求解相结合的方法,得出界面间换热系数随时间变化的经验公式。通过逆运算,得到较为精确的涡轮叶片铸造过程界面换热值。结果表明,铸造过程数值模拟精度得到了有效提高。

压气机叶片辊轧模具型腔回弹补偿方法研究

航空发动机高压压气机叶片在辊轧成形过程中会沿着弦长方向发生回弹,直接影响叶片的成形精度进而影响其气动性能。为实现航空发动机压气机叶片无余量辊轧成形,提出并研究基于截面线回弹补偿的叶片辊轧模腔优化设计方法。分析钣金件弯曲变形过程并基于钣金件的几何结构和材料特性建立回弹前后中心角的变化模型。在此基础上提出叶片截面回弹补偿模型,并对辊轧叶片工艺模型截面进行回弹误差补偿。将回弹补偿后的叶片工艺模型截面线族绕轧辊轴线进行扇态分布并重构辊轧模具型腔。基于数值计算方法使用几何映射和回弹补偿设计的型腔对叶片辊轧成形过程进行模拟,并获得了相应的轧制成形叶片模型。结果表明,回弹补偿后的模具型腔能够有效提高叶片型面的成形精度,叶片成形误差缩小到原来的16.7%。本文研究内容为压气机无余量辊轧成形模具设计提供理论支撑,同时对不规则薄壁类结构塑性成形精度控制具有参考价值。

涡轮叶片精铸模具知识模板构建及应用

为了缩短涡轮叶片精铸模具的设计周期,本文通过研究知识模板的组织结构和实现方法,提出了一种基于知识模板的产品快速设计方法。通过提取和总结涡轮精铸叶片模具设计过程中的相关知识和参数化设计规则,建立了模具外围机构的知识模板,并通过实例验证了基于知识模板的设计的有效性和实用性。

大尺寸涡轮叶片精铸蜡型快速制备技术

为实现大尺寸涡轮叶片的快速精密铸造,研究了基于数控加工技术的大尺寸涡轮叶片精铸蜡型快速制备技术。在分析精铸蜡型结构特点的基础上,提出了数控加工工艺方案;通过设计基础切削实验,对加工工艺参数进行优化;以所得样件截面线轮廓度误差为评价准则,研究精铸蜡型精度评估方法,以实现数控加工蜡型的快速测量评估。最后,以某型精铸蜡型为例,对研究方法进行实例验证。结果表明,所提方法可在保证蜡型精度的前提下缩短精铸蜡型制备周期。

压气机试验叶片注塑变形主工艺参数分析研究

航空发动机压气机低速模拟实验台所用树脂叶片注塑成型过程复杂,叶片成型精度由模腔和工艺参数决定。为探索工艺参数及其交互作用对叶片成型精度的影响规律,提出并研究了压气机叶片注塑变形主工艺因素的二次分析方法。首先基于析因试验研究了熔体温度、模具温度等工艺参数对叶片成型变形的影响,揭示了对叶片变形影响显著的工艺参数及其交互作用;再基于响应面方法分析了各主工艺参数及其交互作用对叶片变形的影响规律。仿真试验结果表明,保压时间、熔体温度与保压时间的交互作用等是影响叶片变形的显著因素。

多目标质量压气机实验叶片注射成型工艺参数优化

为获得综合质量较高的发动机低速实验台所用树脂叶片,提出并研究了叶片多目标质量优化方法。以叶片翘曲量、收缩率、残余应力为优化目标,模具温度、熔体温度、注射时间、保压时间、保压压力、冷却时间为优化变量,模拟叶片成型过程,获得不同参数组合下的翘曲量、收缩率以及残余应力数据,并基于回归分析建立工艺参数与各质量目标间的映射关系;然后通过层次分析法计算各质量目标的权重,进而建立叶片注射成型多目标质量优化数学模型,最后基于遗传算法对叶片注塑工艺参数进行优化。实验验证表明,优化的工艺参数可显著提高叶片成型质量。

基于小波阈值去噪的CT图像重建

实际扫描过程中投影数据不可避免地受到各种噪声的干扰,进而影响了图像重建的精度。提出了一种基于小波阈值去噪的图像重建方法,首先对不同角度下的投影数据进行小波分解,并对分解后的小波系数进行阀值化去噪处理,然后经过逆小波变换得到去噪后的投影数据,再由这些去噪后的投影数据进行图像重建。实验结果表明本文的方法非常有效,与传统的重建方法相比,由去噪处理后的投影数据所重建的图像质量明显改善。

航空发动机涡轮叶片测量评估的多样本融合方法

为获得涡轮叶片精铸位移场进行模具型腔优化,需要对叶片进行测量评估。由于精铸工艺系统误差和随机误差的影响,单个叶片并不能精确的表征叶片变形量;为此,需要针对一批叶片进行测量评估,从而获得统计意义下的精铸位移场,这其中主要的难点即为多样本测量数据的融合问题。为此,本文提出并研究了一种基于最短路径准则的涡轮叶片多样本测量数据融合方法,通过建立数据点融合模型,实现了多样本数据的统计学建模,从而有效的消除了制造系统误差对精铸位移场的影响,并进行了实例验证。

精铸模具参数驱动模块化设计方法研究

针对目前涡轮叶片精铸模具设计领域参数化、标准化实施不利的问题,提出参数驱动的模块化设计方法,并将其应用于精铸模具设计流程。在对精铸模具结构进行详细分析研究的基础上,重点讨论涡轮叶片精铸模具模块的划分方法和步骤,相关模块参数驱动设计的尺寸关联链表设计等内容,设计实例表明,所提方法具有较高的可执行度。

空心涡轮叶片精铸模具陶芯夹紧布局优化方法

针对空心涡轮叶片精铸蜡型模压过程中的陶芯夹紧问题,提出一种基于空间形封闭模型的陶芯型面夹紧点布局优化方法。首先,利用有限元仿真技术建立了空心涡轮叶片蜡型压制过程陶芯载荷预测模型;其次,根据刚体运动学理论给出了陶芯限位点布局形封闭判定条件;最后,以满足空间形封闭以及陶芯与限位元件接触压力要求为约束条件,提出基于粒子群算法的陶芯夹紧点布局优化策略。实例验证表明,相较于工程设计中常规的陶芯夹紧方案,利用所提方法优化得到的陶芯夹紧方案不仅可以保证陶芯与限位元件接触压力满足设计要求,还能进一步减少夹紧点数目。

基于仿射变换的压气机树脂叶片模腔优化方法

树脂叶片出模后由于内应力的释放易导致其出现弯扭变形,为此在模具设计过程中必须对叶片变形进行补偿。点到点的变形补偿方式广泛应用于模具型腔优化设计流程,涉及2个主要问题:对应点的搜索及变形的表征。常用的基于迭代最近点(ICP)算法的对应点搜索方法无法处理较大变形或者是非刚体的情况;同时,基于离散矢量的变形表征方式容易出现局部重构变形。针对上述两问题,论文提出并研究了一种基于仿射配准的模具型腔反变形优化方法,并建立了与之对应的变形补偿模型。通过仿射变换消除非刚体的影响,同时将变形量表征为光滑的空间变换矩阵,实现了变形的精确补偿。仿真实验结果表明文中方法可以有效减小树脂叶片的弯扭变形,其中叶片最大变形量已由优化前的2.336 0 mm降低至0.168 9 mm;二维偏差平均值已由0.496 2 mm降低至0.056 8 mm,减小了88.6%。

涡轮叶片精铸变形分离方法研究

以叶片叶身段为典型结构对象,分析研究了叶片精铸位移场模型中弯扭变形的分离方法,提出了变形矫正的计算方法,得到了弯扭变形分离后的位移场模型,为后续的叶片薄壁特征精铸收缩率计算与分布规律建模提供数据支持。

基于动力学响应的多组件系统布局优化方法

针对圆形安装板上多组件布局问题,以组件系统静平衡性为约束,以系统在随机振动下的动力学响应为优化目标,建立了多组件系统的动力学布局优化模型。针对所建立的优化模型,提出采用序列二次规划方法和改进遗传算法相结合的策略进行多约束条件下的组件布局优化。最后,对两个典型算例进行了动力学优化计算,结果表明,本文所建立的优化模型在多约束的情况下可提高组件系统的动力学性能,满足静力学和动力学性能要求。