一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，包括以下步骤：构建叶片模型，再将叶片模型导入铸造模拟仿真软件中并进行检查处理和网格划分；随后，在铸造模拟仿真软件中进行参数设置，再进行模拟仿真；通过模拟得到叶片的温度场分布图、缩松缩孔缺陷图和应力应变分布图并进行结果分析。本发明专利技术采用全流程仿真技术，对叶片的温度场、冷却速率进行模拟，可查看叶片在铸造过程中的温度的变化，对叶片的缩孔缩松进行模拟，可得到叶片在该工艺下的质量状况，通过模拟服役状态下叶片的应力分布，可查看叶片薄厚不均匀处应力的变化状态，对叶片网格信息进行提取，实现网格的传递性，为改进叶片的铸造工艺以及结构参数提供参考。提供参考。提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法


[0001]本专利技术属于仿真模拟
，具体涉及一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法。

技术介绍

[0002]透平叶片作为燃气轮机温度最高、应力最复杂、应用环境最恶劣的部件，对机组的安全运行和效率提高起着至关重要的作用，而叶片的组织致密性、性能优越度又非常依赖于合金材料和制备工艺，由于燃气轮机透平叶片的材料对耐久性、抗腐蚀性要求更高，普通的金属材料很难满足这些要求，因此，只能通过高度的合金化不断增强合金的高温综合性能。通过定向凝固技术，将透平叶片的组织改进为定向柱晶，将能够大大提高透平叶片的高温性能。但是，目前的燃机透平叶片材料大多数还是用定向铸晶，由于合金冶炼技术以及凝固技术的局限性，叶片会产生缩孔缩松等缺陷，只能通过实验方法进行检测，有些部位检测不到，会影响对叶片的评估，进而影响叶片的服役状态。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法。
[0004]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，包括以下步骤：
[0006]构建叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型，导入到铸造模拟仿真软件中并进行检查处理和网格划分；随后，在铸造模拟仿真软件中对模拟定向进行参数设置，再进行模拟仿真；通过模拟得到叶片的温度场分布图、缩松缩孔缺陷图和应力应变分布图并分别进行结果分析。
[0007]进一步的，构建叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型时，分别采用UG或SolidWorks进行建模，建模完成后，模型以igs或iges格式导出。
[0008]进一步的，导入到铸造模拟仿真软件中进行检查处理和网格划分的步骤包括：
[0009]首先进行几何检查，随后，将建立好的叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型进行装配，装配结束后再进行几何检查，检查后进行二维网格划分，对叶片的二维网格应画的小一些；随后进行网格检查，如网格有缺陷问题，应使用网格修复工具进行修复；二维网格画完后，将画好网格的炉膛以mesh格式导出；随后进行三维网格的划分，网格尺寸因部件薄厚而异，紧接着给铸件加模壳，并对模壳进行二维网格和三维网格的划分。
[0010]进一步的，所述铸造模拟仿真软件为ProCAST；画好网格的炉膛导出格式为mesh格式。
[0011]进一步的，所述几何检查包括对缺面、叠面以及交叉面的检查。
[0012]进一步的，在铸造模拟仿真软件中对模拟定向进行的参数设置包括：重力方向的设定；合金以及模壳的材料类型、浇注温度、充型百分比的设定；传热系数、浇注温度、抽拉
速率以及溶体的流动速率的设定。
[0013]进一步的，所述叶片的冷却速率分布图的获取步骤包括：
[0014]通过模拟得到叶片的温度场，并以此为基础，通过Mapping Factor判据，由公式＝aR
b
G
c
L
d
计算，其中，a、b、c、d为常数，R为凝固速率、G为温度梯度，L为冷却速率，根据合金的特性来确定这些值，并且输入合金的液相线和固相线温度值，通过运算得到叶片的冷却速率分布图，用于观察叶片在浇注期间温度的变化以及冷却效果。
[0015]进一步的，所述叶片的缩松缩孔分布图的获取步骤包括：
[0016]为查看叶片的铸造质量，观察叶片是否存在缩松缩孔缺陷，根据模拟得到叶片的温度场分布以及固相分数分布，使用Niyama准则，在ProCAST软件中，将POROS设置为大于0，模拟得到叶片的缩松缩孔分布图，其中，当体积分数小于0.01时，为微观缩孔，高于0.01时为宏观缩孔，使用切片模式能够观看内部的缩孔缩松。
[0017]进一步的，所述叶片的应力应变分布图的获取步骤包括：
[0018]将叶片中的网格信息提取出来，通过参考网格信息，将叶片模型导入到Ansys或Abaqus中进行网格的划分，所画网格尺寸与铸造模拟仿真软件中的网格尺寸相同，进行了网格信息的传递，通过在Ansys中设置模拟参数得到叶片在工况服役情况下的应力应变分布图。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0020]本专利技术公开了一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，采用全流程仿真技术，对叶片的温度场、冷却速率进行模拟，可以查看叶片在铸造过程中的温度的变化，对叶片的缩孔缩松进行模拟，可以得到叶片在该工艺下的质量状况，通过模拟服役状态下叶片的应力分布，可以查看叶片薄厚不均匀处应力的变化状态，对叶片网格信息进行提取，实现了网格的传递性，可以更加便捷的得到叶片任何一个位置的温度场演化、冷却速率、缩孔缩松缺陷以及应力分布之间的关系，通过将各个场串联起来，实现了叶片温度场
‑
冷却速率
‑
缩孔缩松缺陷
‑
服役状态下应力场的流程仿真，可同时为改进叶片的铸造工艺以及结构参数提供参考，有利于降低成本，提高效率，缩短周期。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的叶片模型的结构示意图；
[0022]图2为本专利技术的叶片的网格图；
[0023]图3为本专利技术的叶片的温度场分布图；
[0024]图4为本专利技术的叶片的冷却速率分布图；
[0025]图5为本专利技术的叶片的缩松缩孔缺陷图；
[0026]图6为本专利技术的叶片的应力应变分布图。
具体实施方式
[0027]下面对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0028]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非
试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0029]如图1
‑
6所示，一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，包括以下步骤：
[0030]1)使用UG、SolidWorks等建模软件先建立叶片模型，该叶片内部具有冷却通道，通过空气流动，降低叶片温度，如图1所示，文件输出格式为igs格式或iges格式；采用同样的方法建立水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型，输出为igs格式或iges格式。
[0031]2)将上述模型导入到ProCAST等铸造模拟仿真软件中进行检查处理和网格划分，具体步骤为：
[0032]首先进行几何检查，包括缺面、叠面以及交叉面等检查，随后，将上述建立好的叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型进行装配，装配结束后再进行几何检查，检查后进行二维网格划分，对叶片的二维网格应画的小一些；随后进行网格检本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：构建叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型，导入到铸造模拟仿真软件中并进行检查处理和网格划分；随后，在铸造模拟仿真软件中对模拟定向进行参数设置，再进行模拟仿真；通过模拟得到叶片的温度场分布图、缩松缩孔缺陷图和应力应变分布图并分别进行结果分析。2.根据权利要求1所述的一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，其特征在于，构建叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型时，分别采用UG或SolidWorks进行建模，建模完成后，模型以igs或iges格式导出。3.根据权利要求1所述的一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，其特征在于，导入到铸造模拟仿真软件中进行检查处理和网格划分的步骤包括：首先进行几何检查，随后，将建立好的叶片模型、水冷铜盘模型、浇注系统模型、炉体模型进行装配，装配结束后再进行几何检查，检查后进行二维网格划分，对叶片的二维网格应画的小一些；随后进行网格检查，如网格有缺陷问题，应使用网格修复工具进行修复；二维网格画完后，将画好网格的炉膛以mesh格式导出；随后进行三维网格的划分，网格尺寸因部件薄厚而异，紧接着给铸件加模壳，并对模壳进行二维网格和三维网格的划分。4.根据权利要求3所述的一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，其特征在于，所述铸造模拟仿真软件为ProCAST；画好网格的炉膛导出格式为mesh格式。5.根据权利要求3所述的一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，其特征在于，所述几何检查包括对缺面、叠面以及交叉面的检查。6.根据权利要求1所述的一种定向铸晶叶片温度场、缺陷分析及应力场仿真方法，其特征在于，在铸造模拟仿真软件中对模拟定向...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖俊峰，马伟，高斯峰，唐文书，高松，张炯，李永君，刘全明，南晴，徐小卜，上官博，李园园，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：