《多能場作用下複雜零件的服役變形機理與幾何補償》是依託中南大學，由廖平擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多能場作用下複雜零件的服役變形機理與幾何補償
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：廖平
- 依託單位：中南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
以燃氣輪機為典型的高端裝備，是衡量一個國家綜合競爭實力的重要標誌。葉片是燃氣輪機的關鍵功能零件，是典型的複雜零件，我國尚未掌握核心技術，缺乏自主設計能力，長期受制於人，成為制約我國高端裝備發展的瓶頸。. 本項目以燃氣輪機葉片為代表，以高性能服役為目的，以複雜零件服役變形為核心，綜合採用流體力學、傳熱學、結構和強度力學等多學科理論，建立多能場作用下的複雜零件服役變形數學模型，並進行協同仿真，探尋複雜零件服役過程中多能場耦合作用，揭示複雜零件的服役變形機理；根據複雜零件最佳服役狀態下的設計曲面，構造三維變形域，提出基於幾何補償的加工曲面重構方法；組建模擬實驗平台，進行多能場作用的模擬實驗，對理論研究成果和方法進行實驗驗證，為實現多能場作用下複雜零件數位化設計-加工一體化奠定理論基礎。
結題摘要
高端裝備是構建基本國力和國際競爭力的象徵，多能場複雜耦合直接作用在燃氣輪機這類高端裝備的關鍵功能零件渦輪葉片上，是影響裝備服役性能的關鍵因素之一。本項目主要研究內容為結合大型燃氣輪機等大型高端裝備的設計和製造技術，以燃氣輪機關鍵功能零件葉片為典型代表，分析服役過程中多能場複雜耦合作用，建立數學模型，並進行協同仿真，揭示複雜零件的服役變形機理；根據複雜零件最佳服役狀態下的設計曲面，研究其幾何補償，提出基於幾何補償的加工曲面重構方法，為實現多能場作用下複雜零件數位化設計-加工一體化奠定理論基礎。 本項目取得以下重要成果：（ 1）建立了葉片及其冷卻通道三維流場數值分析模型、葉片三維溫度場數值分析模型以及葉片流體-熱-結構耦合變形分析模型，將轉子轉速、流場分析的壓力和溫度場作為葉片服役的工況參數，進行了流-熱-離心力耦合仿真。仿真結果表明，說明熱變形在葉片的徑向變形中起主導作用。 （2）提出了基於灰色關聯度的多能場變形分析方法。通過基於灰色關聯度的多能場變形分析，影響葉片多能場變形的主要因素為溫度和壓力。因此在進行葉片尺寸設計時，必須考慮熱變形。（ 3）複雜零件在服役變形下的設計曲面補償 綜合套用Matlab、ANSYS對葉片這類複雜曲面在多能場下作用下的變形進行協同仿真，得到設計曲線在型值點處的變形大小和方向，揭示了複雜零件的服役變形機理，實現了實現對葉片服役變形的曲面補償和重構。（ 4）分析了複雜曲面工件產生加工誤差的主要因素，結合葉片加工的典型零件，建立了三維銑削力模型，揭示了切削力與裝夾方法對複雜曲面加工產生變形的影響機理，為複雜曲面銑削加工變形分析及加工補償奠定了理論基礎。 （5）針對複雜零件補償截面直接生成加工曲面出現的曲面不光順、截面出現多餘拐點、曲面曲率變化不均勻等問題，套用小波變換把補償後曲線曲面進行光順處理，實驗證明，該方法方法具有較好的補償效果，具有重要的套用價值。
