【技术实现步骤摘要】
一种考虑曲面形状的涡轮榫槽激光冲击强化数值模拟方法
本专利技术是一种考虑曲面形状的涡轮榫槽激光冲击强化数值模拟方法，它是一种能够高效准确模拟出涡轮榫槽结构激光冲击强化效果的方法，属于航空航天发动机
技术介绍
激光冲击强化技术是目前航空工业应用较多的一种表面强化技术，利用大功率激光器产生高能激光，将覆盖在材料表面的吸收层在短时间内气化、电离，形成高温高压的等离子体。随后等离子体膨胀，产生GPa量级压力，诱发材料产生塑性形变，形成一定深度的残余压应力层，从而达到对金属材料表面进行改性的目的。航空发动机涡轮榫接部位连接涡轮叶片与涡轮盘，工作时不仅要承受涡轮盘的离心载荷和热载荷，还要承受叶片部位的离心载荷、气动载荷和热应力等，极易产生疲劳裂纹，因此激光冲击强化在涡轮榫槽上的应用具有极大的工程价值。目前针对激光冲击强化的研究仍以试验为主，激光冲击强化数值模拟的研究主要针对平板结构，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，直接简化成平面板结构进行计算会造成较大的误差，难以有效模拟涡轮榫接的激光冲击强化过程。...
【技术保护点】
1.一种考虑曲面形状的涡轮榫槽激光冲击强化数值模拟方法，其特征在于，包括步骤如下：/n步骤(1)：根据榫槽模型对称性建立半榫槽模型，并利用高应变率本构模型赋予结构弹塑性材料属性；所述榫槽模型对称性是指榫槽在涡轮盘上分布呈周期性对称，同时单一榫槽结构具有平面对称的特性；所述半榫槽模型是指单一榫槽结构关于径向对称的半结构模型，相比完整榫槽模型能够减小后续计算量；所用本构模型反映该应变率下材料的应力应变行为；/n步骤(2)：针对步骤(1)建立的半榫槽模型进行网格划分，并针对激光冲击区域进行局部网格加密；所述网格划分是指针对整体半榫槽模型直接布种、分网，建立基础粗糙网格；所述网格加...
【技术特征摘要】
1.一种考虑曲面形状的涡轮榫槽激光冲击强化数值模拟方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤(1)：根据榫槽模型对称性建立半榫槽模型，并利用高应变率本构模型赋予结构弹塑性材料属性；所述榫槽模型对称性是指榫槽在涡轮盘上分布呈周期性对称，同时单一榫槽结构具有平面对称的特性；所述半榫槽模型是指单一榫槽结构关于径向对称的半结构模型，相比完整榫槽模型能够减小后续计算量；所用本构模型反映该应变率下材料的应力应变行为；
步骤(2)：针对步骤(1)建立的半榫槽模型进行网格划分，并针对激光冲击区域进行局部网格加密；所述网格划分是指针对整体半榫槽模型直接布种、分网，建立基础粗糙网格；所述网格加密是指针对激光冲击区域，为保证有限元模拟过程中对压力、动态加载的求解精度，在冲击表面及预定深度的区域建立精细网格；
步骤(3)：基于有限元精细网格部分进行曲面离散，将曲面近似成平面集合，并计算平面中心点及法向；所述曲面离散是指对激光冲击区域表面的曲面结构进行分割，得到多个子曲面的集合，这些子曲面近似转化成平面不会影响整体集合的几何特性；所述基于有限元精细网格是指针对步骤(2)中细化的精细网格，基于此进行反映几何特性的曲面离散，保证计算精度、避免计算冗余；
步骤(4)：考虑实际工艺情况，编写子程序定义激光峰值压力、脉冲宽度、光斑尺寸、搭接率、激光法向、冲击路径，对离散后的平面进行冲击压力计算；所述实际工艺情况是指真实榫槽结构在进行激光冲击强化处理的工艺过程情况，包括峰值压力、脉冲宽度、光斑尺寸、搭接率、激光法向、冲击路径，其中峰值压力指等激光冲击到平面所产生的等效峰值压力，光斑尺寸是指激光器出口激光尺寸；所述冲击压力计算是指考虑激光入射角度影响、利用压力时空分布曲线及Fabbro公式将激光等效转化为压力；所述子程序是用于对冲击区域每一时刻每一位置分别进行压力定义；
步骤(5)：对步骤(4)中定义具体压力加载的半榫槽模型进行动态分析和静态回弹求解，获取榫槽结构激光冲击强化之后的残余应力场；所述动态分析是指基于前述建立的半榫槽模型，采用显示直接积分动态分析法计算材料弹塑性变形；所述静态回弹是指基于动态分析结果，去除材料塑性特性的隐式静态分析，加速残余应力场的稳定。
2.根据权利要求1所述的一种考虑曲面形状的涡轮榫槽激光冲击强化数值模拟方法，其特征在于：
所述步骤(3)...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡殿印，王荣桥，肖值兴，
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
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