[发明专利]一种榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法

权利要求书

1.一种榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，其特征在于，实现步骤如下：

(1)采用循环对称技术建立榫接结构模型，基于涡轮盘的榫槽沿周向均匀分布，几何体及载荷均对称的因素，模拟涡轮盘的三维涡轮榫接结构；

(2)建立涡轮盘榫接结构的二维简化模型，只保留榫接结构中的榫头、榫齿和榫槽的关键部位，其他部分以载荷或边界条件的形式施加在榫接结构二维简化模型的边界上，采用自由网格化分技术，控制网格尺寸为0.5-1mm，关键区域网格尺寸为0.08-0.10mm；

(3)有限元计算分析；对榫接结构二维简化模型进行激光冲击强化处理和载荷的施加，榫接结构的底部施加径向位移约束，榫接结构的三个侧面，即由榫槽顶部沿涡轮盘径向方向的剖面、由榫槽底部沿涡轮盘径向方向的剖面、由榫槽顶部弧面，施加轴向位移约束，在需要强化的榫齿表面施加冲击载荷，利用隐式回弹实现榫接结构二维简化模型内部的应力平衡；整个榫接结构二维简化模型共有四对榫齿结构接触，以榫头齿面为主面(Master)，榫槽齿面为从面(Slave)，设置榫头榫槽间的摩擦系数，定义榫槽和榫齿间的接触及离心载荷，得到榫接结构激光冲击强化的数值模型，最终通过有限元分析结果确定危险区域；

(4)确定多重精度优化的精度模型，所述多重精度优化是指基于同一个模型，通过不同的处理方式得到不同精度的模型应用到优化过程；针对有限元分析软件的显式动态分析时间对计算结果精度的影响，将冲击载荷的动能耗散较为彻底，即耗散为冲击载荷初始动能的1％的榫接结构二维简化计算模型作为高等精度模型，将冲击载荷的动能耗散率略差，即耗散为冲击载荷初始动能的2％的榫接结构二维简化计算模型作为中等精度模型，将响应面模型作为低等精度模型；以高等精度模型作为评估验证、模型修正的依据，以中等精度模型建立响应数据库，作为分析的基础；以响应面模型进行优化搜索，提高优化效率，从而实现榫接结构激光冲击强化处理参数多重精度优化；

(5)获取针对榫接结构的激光冲击强化最佳工艺参数：选取脉冲宽度、搭接率、光斑尺寸和峰值压力为设计参数，以最大残余压应力和残余拉应力覆盖率为优化变量，利用三种精度模型，采用非线性规划模型对榫接结构激光冲击强化的工艺参数进行多重精度优化，经过多次重复步骤(4)的迭代过程，获得步骤(3)中确定的危险区域的最大残余压应力随迭代次数的变化图，得到针对榫接结构的激光冲击强化最佳工艺参数；

所述步骤(5)中，对榫接结构激光冲击强化的工艺参数进行多重精度优化以获取针对榫接结构的激光冲击强化最佳工艺参数，采用如下的非线性规划模型：

其中x＝{P,d,s,r}为优化问题的设计变量，P为峰值压力，d为脉冲宽度，s为光斑搭接率，r为光斑直径，F(x)为优化目标，min F(x)表示优化目标值越小越好，g(x)和h(x)为等式约束和不等式约束，s.t.为受约束的简写，表示四个设计变量的范围约束。

2.根据权利要求1所述的榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中采用循环对称技术建立榫接结构模型的具体为：

(11)涡轮盘共有多个榫接结构，每个榫接结构具有多个榫槽，榫槽是沿涡轮盘周向均匀分布的，几何体、载荷均循环对称，每个榫槽中各装有一个叶片；

(12)选取涡轮盘的某个榫接结构，截取所述榫接结构的一半建立模型。

3.根据权利要求1所述的榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，榫头结构需要预先设定网络，设定网格尺寸为0.5-1mm，自由分网；为避免榫接结构二维简化模型的网格尺寸因突变造成较大误差，在榫齿表面沿着与另一榫齿表面的接触面和过渡区截取1-2mm深度的体均匀分网，网格尺寸为0.08-0.10mm。

4.根据权利要求1所述的榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，其特征在于：所述步骤(3)中，有限元计算分析时，榫接结构二维简化模型的激光冲击强化处理和载荷的施加需要分两个阶段进行，第一阶段是显式动力学分析，第二个阶段是隐式回弹和加载，即先导入显式动力学分析结果至隐式分析求解器中进行隐式回弹，然后加载所有的载荷并获得计算结果，最终建立榫接结构的有限元模型。