[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

说明书

本发明涉及一种榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，(1)采用循环对称技术建立榫接结构模型；(2)对榫接结构模型进行二维模型的抽取和简化以提高计算效率；(3)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，并通过有限元分析结果确定危险区域；(4)分析时间对计算精度的影响，确定多重精度优化的三种精度模型；(5)选取脉冲宽度、搭接率、光斑尺寸和峰值压力为设计参数，最大残余压应力和残余拉应力覆盖率为优化变量，结合三种精度模型，对榫接结构激光冲击强化的工艺参数进行多重精度优化，获得针对榫接结构的激光冲击强化最佳工艺参数。

技术领域

本发明是一种面向榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，能够有效提高榫接构激光冲击强化的优化效率，获得优化后的工艺参数，属于航空航天发动机技术领域。

背景技术

航空发动机是一种极限产品，在高温、高压、高转速等的复杂载荷/环境下工作。航空发动机的涡轮盘和涡轮叶片通过榫接结构进行连接和固定，榫接结构不仅要承受涡轮本身的离心载荷和热载荷，还要承受叶片传来的离心载荷、气动载荷、热应力等。在如此苛刻的工作环境下，涡轮榫接部位极易产生疲劳裂纹，造成重大事故。大量研究表明金属构件的疲劳破坏问题与其表面完整性关系较大，因为在交变载荷的作用下构件表面产生裂纹并逐渐扩展，会导致结构件整体的破坏。对榫接部位进行激光冲击强化处理可以诱导产生残余压应力场，在一定程度上抑制疲劳裂纹萌生和扩展，从而延长构件的疲劳寿命。为了选取合适的激光冲击强化工艺参数值，对其进行优化是有必要的。

激光冲击强化是高度非线性的处理过程，利用ABAQUS/Explicit对激光冲击强化过程进行显式动力学分析会有较大的时间消耗，尤其是结构的尺寸较大或者结构几何较为复杂时。即便是通过试验设计的方式来构造响应面方程，由于参数较多，构造全局响应面方程所需的试验设计点较多，计算的时间成本同样难以接受。多重精度优化可以充分地发挥各种精度分析模型的特点，在确保得到合理优化结果的前提下实现计算成本的最小化。

现有文献“蔡兰,张永康.激光冲击抗金属疲劳断裂的激光参数优化试验研究[J].中国激光,1996(12):1117-1120”通过试验的方法，以合金的疲劳寿命为优化目标，脉冲宽度和能量为研究对象，对激光冲击强化技术进行参数优化，并得出了当脉冲宽度为30ns、能量为16J时，激光冲击强化对材料具有非常好的强化效果。但由于试验次数的限制和试验结果分散性的影响，试验的方法很难获得比较好的优化结果。

现有文献“Correa C,Lara L R D,Díaz M,et al.Effect of advancingdirection on fatigue life of 316L stainless steel specimens treated bydouble-sided laser shock peening[J].International Journal of Fatigue,2015,79:1-9”通过有限元模拟对激光冲击强化的工艺参数进行优化，并结合试验发现Ti-6Al-2Sn-4Zr-2MoCT试件的弯曲疲劳寿命得到了显著改善，验证了激光冲击强化的有效性。但研究对象为简单的平板试样，仍缺乏对复杂构件的激光冲击强化优化工作，且采用的三维建模计算时耗时巨大。

发明内容

本发明技术解决方案：克服现有技术的不足，提供一种面向榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，能够给出针对榫接结构的激光冲击强化最佳工艺参数。工艺参数优化后榫接结构的激光冲击强化不仅使材料表面的应力大幅度降低，而且使得应力分布更加均匀。

本发明技术解决方案：一种面向榫接结构激光冲击强化的多重精度优化方法，建立了榫接结构模型，对涡轮榫接结构复杂构型进行二维模型抽取和简化并引入激光冲击强化工艺，利用多重精度优化的方法实现针对榫接结构的激光冲击强化最佳工艺参数的获取。

实现步骤如下：