一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种涡轮榫槽喷丸离散元‑有限元耦合多尺度模拟方法，步骤为：(1)根据榫槽结构对称性对欲研究的榫槽结构进行切割，赋予高应变率本构模型；(2)根据实际工艺情况设置喷口与榫槽的相对位置，定义喷口尺寸、喷口角度，完成榫槽与喷口建模；(3)基于高应变率下应力应变数据获取位错演化模型参数，建立榫槽材料的位错演化模型，关联晶粒尺寸、位错密度与宏观应力应变；(4)利用DEM模块定义粒子生成器*Particle，设置弹丸参数，将榫槽与喷口进行组合，设置弹丸与榫槽之间接触特性；(5)进行数值仿真，获取榫槽结构强化之后表面完整性参数。

【技术实现步骤摘要】
一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法
本专利技术是一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法，它是一种能够高效准确模拟出涡轮榫槽结构喷丸强化效果的方法，属于航空航天发动机

技术介绍
喷丸强化技术是目前航空工业应用最为成熟广泛的表面强化技术，利用高速弹丸流喷射结构表面发生碰撞，引入可观的残余应力场，改变表面形貌并产生可控的塑性变形。涡轮榫槽部位长期服役在高温、高压、高转速的环境中，服役环境恶劣，极易诱发产生疲劳问题，因此喷丸强化在涡轮榫槽上的应用具有极大的工程价值。目前针对喷丸强化的研究仍以试验为主，喷丸强化有限元数值模拟的研究主要聚焦在平面结构，而对于涡轮榫槽这类几何特征复杂、曲面特征明显结构的数值模拟，单纯的有限元法存在计算效率低下、弹丸建模困难的问题，难以有效模拟涡轮榫接的喷丸强化过程。离散元方法作为一种无网格方法，特别适用于喷丸强化这种颗粒繁多的力学过程的仿真，因此将离散元方法与有限元相结合，发展一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法，是解决涡轮榫槽结构喷丸强化模拟的有效思路。r>目前关于涡轮榫槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法，其特征在于，包括步骤如下：/n步骤(1)：根据榫槽模型对称性，对欲研究的榫槽结构进行切割，赋予高应变率本构模型；所述榫槽模型对称性是指榫槽沿涡轮盘周向存在周期对称性，同时同一个榫槽关于径向存在对称性；所述切割是指在建模软件或者有限元软件中根据模型对称性切割榫槽模型，减小后续计算量；所述高应变率本构模型是指喷丸强化过程应变率达到10

【技术特征摘要】
1.一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤(1)：根据榫槽模型对称性，对欲研究的榫槽结构进行切割，赋予高应变率本构模型；所述榫槽模型对称性是指榫槽沿涡轮盘周向存在周期对称性，同时同一个榫槽关于径向存在对称性；所述切割是指在建模软件或者有限元软件中根据模型对称性切割榫槽模型，减小后续计算量；所述高应变率本构模型是指喷丸强化过程应变率达到103～105/s，所述本构模型反应该应变率下应力应变行为；
步骤(2)：有限元建模生成喷口，根据榫槽模型，考虑实际工艺情况设置喷口与榫槽的相对位置，定义喷口尺寸、喷口角度；所述实际工艺情况是指真实榫槽结构在进行喷丸处理的工艺过程情况，包括喷口与榫槽的相对位置、喷口尺寸、喷口角度；
步骤(3)：基于高应变率下应力应变数据获取位错演化模型参数，建立榫槽材料的位错演化模型，关联晶粒尺寸、位错密度与宏观应力应变；所述位错演化模型参数是指基于位错理论建立的描述位错演化过程的模型中未知的材料参数；
步骤(4)：利用离散元模块定义粒子生成器*Particle，设置弹丸参数，将榫槽与喷口进行组合，设置弹丸与榫槽之间接触特性，建立离散元-有限元耦合模型；所述离散元模块是指利用离散元方法处理问题的模块；所述粒子生成器*Particle是指在用于生成粒子的关键字*Particle；所述弹丸参数是指弹丸弹性模量、泊松比、流量、速度、弹丸间接触特性；
步骤(5)：进行数值仿真，利用步骤(4)建立的离散元-有限元耦合模型，获取榫槽结构强化之后表面完整性参数；所述表面完整性参数包括宏观参数残余应力以及微观参数晶粒尺寸。


2.根据权利要求1所述的一种涡轮榫槽结构喷丸强化离散元-有限元耦合多尺度模拟方法，其特征在于：所述第(1)步中，在建模软件中对模型进行切分，采用能够反应高应变率下应力应变关系的J-C本构模型，其表达式如下：



式中，σeq为流动应力，A、B、C和m为材料常数，n是加工硬化系数，为标准化后的有效塑性应变率，Tmelt为熔点，Tr为室温，T...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡殿印，王荣桥，田腾跃，毛建兴，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11