[发明专利]航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法

说明书

本发明涉及一种航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法，包括以下步骤：S1：获取航空发动机叶片超声滚压强化工艺的基础信息；S2：建立表面完整性计算模型；S3：监测强化工艺参数和强化工况，强化后检测叶片的表面完整性；S4：将强化工艺参数和强化工况输入至所述表面完整性计算模型中，得到叶片的表面完整性；S5：将仿真得到的叶片的表面完整性数据与检测得到的叶片的表面完整性数据进行对比，得到数字孪生模型。本发明的航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法，可以构建将有限元仿真与数据驱动相结合的超声滚压强化工艺的数字孪生模型，实现强化工艺参数和强化效果的多元映射。

技术领域

本发明涉及超声滚压强化加工领域，更具体地涉及一种航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法。

背景技术

超声滚压强化是把超声强化和表面滚压相结合的新型表面改性技术，利用超声冲击的能量和静载滚压共同作用使球型工具头高频高幅撞击金属表面，诱导材料的表面纳米化，从而降低金属表面粗糙度、提高金属表层硬度，并且对材料内部引入有益残余压应力，最终达到提高材料使用寿命的目的。

但是，目前的超声滚压存在的问题是，强化设备仍处在发展阶段，强化工艺仍在探索，没有找到综合强化效果的最优方案，而在强化中探索强化工艺方案的成本过高。而且，现今的强化设备并不具备监测、检测、预测等功能，无法对强化过程进行实时监控，无法对强化结果进行检测分析，并对强化效果所对应的强化工艺参数进行预测，没有相关数据库系统记录相关数据用来进行后续分析研究，这些缺陷严重制约了超声滚压强化装备强化效率、改进进化方案的发展。

数字孪生的概念最早起源于对设备的生命周期管理，而今随着工业4.0的概念的提出，数字孪生技术已经被看作使其可以“落地”的关键性技术。数字孪生，即将现实世界的实体映射到虚拟世界中，在虚拟世界中建立物理和数据驱动的还原模型，从而对其进行操作，达到虚实结合，以虚控实的效果。数字孪生技术将物理空间与数字空间完美融合，并利用其模型影响现实实体，具有虚实映射、数据驱动、人机交互和自主决策等特征。其中，虚实映射是指通过构建数字虚体与物理实体映射关系，将物理空间中的物理实体映射到数字空间中，形成具有数据映射、分析决策、控制执行功能的数字孪生。

现有技术中，数字孪生技术的研究大多针对于车间流水线的规划、机床强化进程等简单系统的优化和监控。例如，车间运行(陶飞,张萌,程江峰,戚庆林.数字孪生车间——一种未来车间运行新模式[J].计算机集成制造系统,2017,23(01):1-9.)、生产管控(张新生.基于数字孪生的车间管控系统的设计与实现[D].郑州大学,2018.)以及工艺规划等方面。目前还没有发现针对强化工艺的数字孪生技术的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法，对超声滚压机床强化过程中的强化工艺进行数字孪生建模，实现对超声滚压强化过程中的实时监控与强化效果反馈。

为实现上述目的，本发明提供一种航空发动机叶片超声滚压强化工艺的数字孪生建模方法，包括以下步骤：

S1：获取航空发动机叶片超声滚压强化工艺的基础信息；

S2：根据所述基础信息，建立表面完整性计算模型；

S3：对超声滚压机床在实际强化过程中的强化工艺参数和强化工况进行监测，强化后检测叶片的表面完整性；

S4：将监测到的强化工艺参数和强化工况输入至所述表面完整性计算模型中进行仿真计算，得到叶片的表面完整性；

S5：将步骤S4中仿真得到的叶片的表面完整性数据与步骤S3中检测得到的叶片的表面完整性数据进行对比，并修正所述表面完整性计算模型使对比结果满足预定精度，得到数字孪生模型。

进一步地，所述基础信息包括叶片模型、强化工艺参数、强化工况和强化效果。