[发明专利]一种预测缺陷对整体叶盘线性摩擦焊成形影响的模拟方法

说明书

本发明提供了一种预测缺陷对整体叶盘线性摩擦焊成形影响的模拟方法，解决现有研究无法准确表现出材料中存在缺陷形状的随机性，且方法不适用于动态大变形条件的不足之处。该方法包括以下步骤：1)建立所有无缺陷叶盘零构件模型；2)在至少一个步骤1)建立的无缺陷叶盘零构件模型中预制缺陷，生成其相应的有缺陷叶盘零构件模型；所述缺陷与无缺陷叶盘零构件模型所选材料中存在的缺陷相同；3)利用步骤1)建立的无缺陷叶盘零构件模型和步骤2)生成的有缺陷叶盘零构件模型分别进行整体叶盘线性摩擦焊模拟，获得模拟结果；4)对步骤3)得到的模拟结果进行对比分析，预测缺陷对整体叶盘线性摩擦焊成形的影响。

技术领域

本发明属于固相焊接与热加工数值仿真技术领域，具体为一种预测缺陷对整体叶盘成形过程影响的模拟方法。

背景技术

线性摩擦焊是一种固相连接技术，由于其具有焊前、焊后辅助清理工作较少，且材料利用率高等优点，目前主要应用于航空航天领域，作为航空发动机整体叶盘的成形技术，采用此种技术获得的整体叶盘最多可节省90％的材料成本。在整体叶盘的成形过程中，首先应用线性摩擦焊工艺将涡轮盘与叶片进行连接，随后将铣削飞边，整体叶盘便成形完毕。涡轮盘与叶片的接触位置均存在凸台，作为连接区域，保证整体叶盘的成形，在焊接过程中，涡轮盘作为进给端，依靠插入涡轮盘中心的顶锻轴，为涡轮盘提供进给力；叶片作为振动端，依靠夹具为其提供往复振动的条件。然而，涡轮盘和叶片所选材料的缺陷会影响整体叶盘的成形过程中缩短量大小及应力场和温度场的分布，从而影响整体叶盘的质量，因此预测、评定缺陷对整体叶盘成形过程的影响显得尤为重要。

目前，众多学者已经开始着手研究材料缺陷(即初始缺陷)对零构件的影响。例如：文献1孙乃荣，赵彦杰.原始孔洞缺陷周围应力分布对镍基单晶高温合金组织演变的影响[J].材料热处理学报,2019,40(02):154-159+166.中对原始孔洞缺陷的存在对应力场的影响做了研究，其在二维平面模型上绘制出一个椭圆形孔洞缺陷，并分析在静力作用下缺陷对应力的影响。文献2陈星宇，许卫荣，王强，陈本瑶，凌张伟.含热熔孔洞缺陷的埋地聚乙烯管道应力分析及寿命预测[J].中国安全生产科学技术,2019,15(02):77-81.中通过在三维模型上切出一个圆柱形通孔作为简化孔洞缺陷来分析初始孔洞缺陷在静力作用下对管道应力场及寿命的影响。

上述研究均能确定初始缺陷对零构件的成形及服役过程存在很大的影响，但述研究均将初始缺陷设置为贯通型缺陷，无法准确表现出材料中存在缺陷形状的随机，并且对初始缺陷对结构影响的研究也仅停留在静力状态的分析上，研究了其对零构件在稳定状态下服役状况的影响，得到了孔洞缺陷对静态受力状态下结构的影响规律，而对于大变形工艺下初始缺陷影响的研究却寥寥无几，零构件的加工、连接过程更多涉及到热加工、大变形工艺，因此对于此种条件下初始缺陷影响的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于解决现有研究无法准确表现出材料中存在缺陷形状的随机性，且方法不适用于动态大变形条件的不足之处，而提供一种预测缺陷对整体叶盘线性摩擦焊成形影响的模拟方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种预测缺陷对整体叶盘线性摩擦焊成形影响的模拟方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)建立所有无缺陷叶盘零构件模型；

2)在至少一个步骤1)建立的无缺陷叶盘零构件模型中预制缺陷，生成其相应的有缺陷叶盘零构件模型；

所述缺陷与无缺陷叶盘零构件模型所选材料中存在的缺陷相同；

3)利用步骤1)建立的无缺陷叶盘零构件模型和步骤2)生成的有缺陷叶盘零构件模型分别进行整体叶盘线性摩擦焊模拟，获得模拟结果；

4)对步骤3)得到的模拟结果进行对比分析，预测缺陷对整体叶盘线性摩擦焊成形的影响。

进一步地，步骤1)中，所述叶盘零构件包括涡轮盘、叶片、夹具及顶锻轴；