【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机叶片制造领域，具体涉及一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法。
技术介绍
1、航空发动机叶片是典型的薄壁构件，通常扭曲程度较大，在高温、高压以及高转速状况下运行，要承受巨大的离心力和复杂的振动，一般采用钛合金以及镍基合金等难加工金属材料。为满足高性能发动机的要求，叶片必须具有精确的尺寸、准确的形状以及严格的表面完整性，对叶片的加工工艺提出了极高的要求。
2、相对于传统机械加工，电解加工范围比较广，在进行电解加工时叶盆、叶背阴极与工件无接触，不存在宏观切削力，主要是通过电化学反应去除工件毛坯余量，不受工件材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制，且电解加工工具阴极无损耗，在批量化加工发动机叶片时可以大幅降低加工成本。电解技术因具有适用材料范围广、不存在残余应力及宏观切削力、工具阴极无损耗等特点，在众多的航空发动机叶片制造技术中脱颖而出。电解加工逐步成为批量化加工发动机叶片的理想加工工艺。
3、电解加工过程中电流密度的分布直接影响叶片的加工精度，在电解加工过程进行至最终阶段时，若能保持叶片附近的电流密度的均匀性，叶片的加工精度及加工质量将得到大幅提升。但由于叶片形状较为扭曲，而电流密度分布取决于阴极型面的结构及电解加工过程中电场、流场、温度场等多物理场的综合影响，故阴极型面设计及优化较为困难。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法。该方法通过多物理场耦合仿
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于，包括：
4、步骤一：输入初始的阴极型面；
5、步骤二：根据阴极型面，通过多物理场耦合仿真得到叶片型面周围电流密度的分布；
6、步骤三：计算叶片型面周围电流密度的平均值及方差，作为差分进化算法的目标函数；
7、步骤四：根据目标函数，采用差分进化算法计算阴极型面曲线控制点的偏移量，并根据偏移量更新曲线控制点，得到差分进化后的阴极型面；
8、步骤五：对差分进化后的阴极型面进行多物理场耦合仿真，根据仿真结果求解目标函数，选择具有最优目标函数值的阴极型面，作为优化后得到的阴极型面。
9、为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
10、进一步地，步骤一中，所述阴极型面为含有若干控制点的样条曲线；对于输入的阴极型面，读取并存储样条曲线各控制点的坐标值，在python中通过样条曲线生成命令将控制点的坐标值转化为样条曲线，并将生成的样条曲线转化为dxf图形文件。
11、进一步地，步骤二中，所述叶片型面周围电流密度的分布的求解在多物理场耦合仿真软件comsol中进行，利用python控制comsol导入阴极型面样条曲线的dxf图形文件，随后开始仿真并进行后处理，将仿真得到的叶片型面周围的电流密度读入python程序并存储。
12、进一步地，步骤四中，所述差分进化算法在python中执行。
13、进一步地，步骤四中，所述得到差分进化后的阴极型面的具体过程为：
14、s1：生成n个m维的由随机数构成的初始的随机矩阵，m为阴极型面曲线控制点个数，每个初始的随机矩阵中的随机数为阴极型面曲线控制点的偏移量；
15、s2：对于每个初始的随机矩阵，通过变异操作生成一个新的随机矩阵，得到n个变异后的随机矩阵；
16、s3：将变异后的随机矩阵与初始的随机矩阵进行交叉操作，生成n个交叉后的随机矩阵；
17、s4：分别计算每个初始的随机矩阵、每个变异后的随机矩阵以及每个交叉后的随机矩阵的目标函数值；
18、s5：对于每个初始的随机矩阵，比较其与对应生成的变异后的随机矩阵和交叉后的随机矩阵的目标函数值，在三者中选择具有更优目标函数值的随机矩阵，最终得到n个具有更优目标函数值的随机矩阵作为下一代的初始种群；
19、s6：重复执行s2-s5，直至达到迭代终止条件，输出n个随机矩阵，每个输出的随机矩阵和输入的阴极型面曲线控制点的坐标值共同构成差分进化后的阴极型面。
20、进一步地，s6中，所述迭代终止条件为满足迭代次数或者达到叶片型面周围电流密度的平均值及方差的终止条件。
21、此外，本专利技术还提出了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如上所述的航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法。
22、此外，本专利技术还提出了一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如上所述的航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法。
23、本专利技术的有益效果是：本专利技术所提出的阴极型面设计优化方法，能有效解决阴极型面曲线控制点数量多、优化速度慢、优化难收敛的问题，通过多场耦合仿真技术，准确、快速地求解叶片精密电解加工过程中电流密度的分布情况，可提高叶片精密电解加工过程进行至最终阶段时叶片周围电流密度分布的均匀性，对于提高叶片电解加工精度及叶片表面质量具有重要意义。
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1.一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：步骤一中，所述阴极型面为含有若干控制点的样条曲线；对于输入的阴极型面，读取并存储样条曲线各控制点的坐标值，在Python中通过样条曲线生成命令将控制点的坐标值转化为样条曲线，并将生成的样条曲线转化为dxf图形文件。
3.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：步骤二中，所述叶片型面周围电流密度的分布的求解在多物理场耦合仿真软件COMSOL中进行，利用Python控制COMSOL导入阴极型面样条曲线的dxf图形文件，随后开始仿真并进行后处理，将仿真得到的叶片型面周围的电流密度读入Python程序并存储。
4.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：步骤四中，所述差分进化算法在Python中执行。
5.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：步骤四中，所
6.如权利要求5所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：S6中，所述迭代终止条件为满足迭代次数或者达到叶片型面周围电流密度的平均值及方差的终止条件。
7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序使计算机执行如权利要求1-6任一项所述的航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时，实现如权利要求1-6任一项所述的航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法。
...【技术特征摘要】
1.一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：步骤一中，所述阴极型面为含有若干控制点的样条曲线；对于输入的阴极型面，读取并存储样条曲线各控制点的坐标值，在python中通过样条曲线生成命令将控制点的坐标值转化为样条曲线，并将生成的样条曲线转化为dxf图形文件。
3.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设计优化方法，其特征在于：步骤二中，所述叶片型面周围电流密度的分布的求解在多物理场耦合仿真软件comsol中进行，利用python控制comsol导入阴极型面样条曲线的dxf图形文件，随后开始仿真并进行后处理，将仿真得到的叶片型面周围的电流密度读入python程序并存储。
4.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片精密电解加工阴极型面设...
【专利技术属性】
技术研发人员：王忠恒，赵建社，岳磊，程新想，张昌昊，谷民凯，徐改弟，
申请(专利权)人：江苏集萃精密制造研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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