【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电解加工，尤其涉及一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法。
技术介绍
1、整体叶盘是先进航空发动机设计中一种典型的整体结构部件，其大幅提高了发动机的工作效率、推重比和可靠性。在整体叶盘加工中，通常采用两种加工方法，分别为电解加工和数控铣削加工，而采用电解方式加工整体叶盘，与数控铣削方法相比有着效率高(工时可减少50％以上)、电极(刀具)无损耗、加工薄型结构无残余应力和变形的优势。因此，电解加工整体叶盘被广泛应用于生产实际中。
2、整体叶盘套料电解加工过程非常复杂，涉及电场、流场、温度场等多个物理场，同时还存在旋转与进给的运动过程，这些物理场与运动过程均会对电解液的电导率和流动分布产生影响，使电解加工型面的预测变得困难。现阶段，整体叶盘电解加工的优化方式主要依靠经验，根据试验结果对阴极结构和加工参数进行调整，但电解加工结果与加工过程中的电场分布和流场状态有很大关系，仅仅依靠经验和试验结果无法了解具体的电解加工状态，因此对于整体叶盘的加工优化存在着很大的局限性。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提出一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法，通过对仿真结果的分析，了解整体叶盘在电解加工过程中电场及流场的变化情况，以便更精确地对加工参数和阴极型面进行优化调整，有效缩短整体叶盘套料电解加工的试验迭代周期，降低试验优化改进的成本。
2、一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法，包括如下步骤：
3、步骤1：根据设计要求，设
4、步骤2：根据整体叶盘套料电解加工涉及的物理场及加工过程建立多场耦合仿真模型；所述多场耦合仿真模型包括电场模型、流场模型、温度场模型和运动模型；
5、步骤2.1：建立电场模型并在软件中设置电场模型的相关参数；所述参数包括电解液电导率、阴极表面的平衡电位、阴极表面的交换电流密度、阳极表面的平衡电位和阳极的交换电流密度；
6、所述电场模型为：
7、
8、
9、式中，σ为电解液电导率，为电解液电势梯度；为拉普拉斯算子；i为电流密度。
10、电解液的电导率为：
11、
12、其中，σ0为初始电导率；β为气泡率；α为电导率温度系数；m为气泡率对电导率的影响指数；t0为初始温度；t为电解液温度。
13、步骤2.2：建立流场模型在软件中设置流场模型相关参数；所述相关参数包括气泡直径、阴极表面气体通量、入口边界条件参数和出口边界条件参数；所述入口边界条件参数为电解液的流速；所述出口边界条件参数为出口电解液的压力；
14、所述流场模型为：
15、
16、
17、
18、
19、其中，ρ为电解液密度；ul为电解液流速；ε为湍动耗散率；k为湍动能；μl为电解液动力黏度；μt为湍流黏度；ρk为湍动能的产生项；σk，σε为普朗特准数；cμ，cε1，cε2为经验常数；
20、步骤2.3：建立温度场模型并在软件中设置温度场模型的相关参数；所述相关参数包括电解液密度、流入边界条件参数、流出边界条件参数和热通量边界条件参数；所述流入边界条件参数为电解液的流入位置；所述流出边界条件参数为电解液的流出位置；
21、所述温度场模型为：
22、
23、
24、其中，为电解液电势梯度；cp为电解液恒压热容；ul为电解液流速；为温度随时间的变化率；γ为电解液热导率；q为焦耳热；为温度梯度。
25、步骤2.4：建立运动模型并在软件中设置阳极材料去除过程函数、套料阴极旋转进给过程函数并设置系数形式边界偏微分方程边界条件；
26、所述运动模型为：
27、v＝cit (11)
28、其中，v为阳极金属溶解的体积；i为电流密度；t为加工时间；c为体积电化学当量；
29、x＝tcos(θ)-f(t)sin(θ) (12)
30、y＝tsin(θ)+f(t)cos(θ) (13)
31、z＝vt (14)
32、其中，x为阴极x轴方向上的位移；y为阴极y轴方向上的位移；z为阴极z轴方向上的位移；t为加工时间；θ为套料阴极的旋转角度。
33、所述阳极材料去除过程函数为：
34、va＝ηcin (15)
35、其中，va为阳极溶解速度；η为电流效率；in为法向电流密度。
36、所述套料阴极旋转进给过程函数为：
37、dx＝(-1+cosωt)*xg-sin(ωt)*yg (16)
38、dy＝sinωt*xg+(-1+cosωt)*yg (17)
39、dz＝v*t (18)
40、式中，dx为旋转进给运动的x轴方向分量；dy为旋转进给运动的y轴方向分量；dz为旋转进给运动的z轴方向分量；ω为套料阴极的角速度；t为运动时间，在多场耦合模型中，应与前面的加工时间为同一变量；v为z轴进给速度；xg、yg分别为x轴和y轴坐标。
41、步骤3：基于多场耦合仿真模型进行仿真并得到仿真结果；
42、步骤3.1：对步骤1中所建立的几何模型进行网格划分，得到网格划分后的几何模型；
43、步骤3.2：选择求解器类型并利用多场耦合仿真模型对网格划分后的几何模型进行仿真得到仿真结果；
44、步骤3.3：判断仿真结果中的电流密度与现场加工的实际电流密度的比值是否小于设定阈值，若小于则返回步骤2，否则输出仿真结果；
45、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
46、本专利技术公开的一种整体叶盘套料电解加工多场耦合仿真方法，其特点和优势在于引入了整体叶盘阴极的旋转和进给过程，能够更加准确地反映出电解加工中的电场和流场状态的变化情况，提高仿真结果与实际加工结果的吻合度，能够提前发现加工中可能会出现的问题，规避加工风险，降低试验成本，提高生产效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法，其特征在于，步骤2具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法，其特征在于，步骤3具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种整体叶盘套料电解加工的多场耦合仿...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟璐璐，郑鑫，刘海波，
申请(专利权)人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。